建筑環(huán)境測(cè)試技術(shù)之6物位測(cè)量

1、第六章第六章 物位測(cè)量物位測(cè)量 壓力測(cè)量回顧l 壓力測(cè)量概念壓力測(cè)量概念l 三種測(cè)量方法三種測(cè)量方法平衡法平衡法變形法變形法電氣法電氣法電氣式壓力檢測(cè)應(yīng)變式電氣式壓力檢測(cè)應(yīng)變式 l應(yīng)變片應(yīng)變片在受壓時(shí)形狀發(fā)生變化，電阻因而變化在受壓時(shí)形狀發(fā)生變化，電阻因而變化l結(jié)構(gòu)：彈性元件結(jié)構(gòu)：彈性元件+應(yīng)變片應(yīng)變片l彈性元件：金屬膜片，彈簧管等彈性元件：金屬膜片，彈簧管等l應(yīng)變片：金屬絲或鉑應(yīng)變片：金屬絲或鉑l之間粘接之間粘接l原理原理彈性元件產(chǎn)生形變，應(yīng)變片隨形變而電阻變化彈性元件產(chǎn)生形變，應(yīng)變片隨形變而電阻變化壓阻式壓力傳感器示意圖壓阻式壓力傳感器示意圖l核心部件圓形單晶擴(kuò)散硅膜片核心部件圓形單晶擴(kuò)散

2、硅膜片 布置四個(gè)擴(kuò)散電阻，形成電橋布置四個(gè)擴(kuò)散電阻，形成電橋l結(jié)構(gòu)相對(duì)封閉兩個(gè)腔結(jié)構(gòu)相對(duì)封閉兩個(gè)腔 分別接測(cè)量端和參考端分別接測(cè)量端和參考端 壓力差形成單晶硅膜片變形壓力差形成單晶硅膜片變形 電橋失去平衡電橋失去平衡 測(cè)量輸出電壓測(cè)量輸出電壓第六章第六章 物位測(cè)量物位測(cè)量?jī)煞N物位測(cè)量要求：兩種物位測(cè)量要求：l點(diǎn)式物位測(cè)量：點(diǎn)式物位測(cè)量：在一個(gè)離散的預(yù)先設(shè)定的物位點(diǎn)上進(jìn)行監(jiān)測(cè)。在一個(gè)離散的預(yù)先設(shè)定的物位點(diǎn)上進(jìn)行監(jiān)測(cè)。l連續(xù)式物位測(cè)量連續(xù)式物位測(cè)量監(jiān)測(cè)全量程的物位連續(xù)變化。為了達(dá)到控制目的，監(jiān)測(cè)全量程的物位連續(xù)變化。為了達(dá)到控制目的，控制點(diǎn)可以設(shè)定在全量程控制點(diǎn)可以設(shè)定在全量程0到到100之間的任

3、之間的任何一個(gè)點(diǎn)。何一個(gè)點(diǎn)。油水界面計(jì)浮球液位計(jì)高精度金屬色帶液位計(jì)油水界面計(jì)浮球液位計(jì)高精度金屬色帶液位計(jì)物位測(cè)量方法分類物位測(cè)量方法分類主要分類主要分類l靜壓式物位檢測(cè)靜壓式物位檢測(cè)l浮力式液位檢測(cè)浮力式液位檢測(cè)l電氣式物位檢測(cè)電氣式物位檢測(cè)l聲學(xué)式物位檢測(cè)聲學(xué)式物位檢測(cè)l射線式物位檢測(cè)射線式物位檢測(cè)第一節(jié)第一節(jié) 靜壓式物位檢測(cè)靜壓式物位檢測(cè)一一靜壓法測(cè)量原理靜壓法測(cè)量原理ghBPghBPphgph所以測(cè)得表壓力所以測(cè)得表壓力p即可求得液位高度即可求得液位高度h。若液位的高度位若液位的高度位h，則液體底部的壓力為：則液體底部的壓力為：二壓力式液位計(jì)二壓力式液位計(jì)（開(kāi)口容器得液位測(cè)量）（開(kāi)口

4、容器得液位測(cè)量）1用壓力表測(cè)量液位：用壓力表測(cè)量液位：2法蘭式壓力變送器測(cè)量液位法蘭式壓力變送器測(cè)量液位：用于粘度：用于粘度大、有沉淀、易結(jié)晶、易凝固或具有腐大、有沉淀、易結(jié)晶、易凝固或具有腐蝕性的介質(zhì)，為防止導(dǎo)壓管堵塞或腐蝕蝕性的介質(zhì)，為防止導(dǎo)壓管堵塞或腐蝕儀表，采用法蘭式壓力變送器。儀表，采用法蘭式壓力變送器。三差壓式液位計(jì)三差壓式液位計(jì)（密閉容器的液位測(cè)量）（密閉容器的液位測(cè)量）l抵消了容器上部壓抵消了容器上部壓力變化對(duì)測(cè)量的影力變化對(duì)測(cè)量的影響。響。ghpP11pP ghPPP安裝方式安裝方式:導(dǎo)壓管、法蘭式。導(dǎo)壓管、法蘭式。四、靜壓式的四、靜壓式的“量程遷移量程遷移”l 原理原理要求

5、：取壓點(diǎn)與壓力檢測(cè)儀表在同一水平高度要求：取壓點(diǎn)與壓力檢測(cè)儀表在同一水平高度限制：安裝位置及實(shí)際條件，產(chǎn)生附加靜壓誤差限制：安裝位置及實(shí)際條件，產(chǎn)生附加靜壓誤差l 方法方法受附加壓力時(shí)儀表輸出為受附加壓力時(shí)儀表輸出為“0”無(wú)遷移無(wú)遷移gHP負(fù)遷移負(fù)遷移BgHhhggHP11221)(正遷移正遷移)(hHgP圖圖6.2.6差壓變送器的正負(fù)遷移示意圖差壓變送器的正負(fù)遷移示意圖 實(shí)質(zhì)：通過(guò)遷移彈簧改變變送器零點(diǎn)，實(shí)質(zhì)：通過(guò)遷移彈簧改變變送器零點(diǎn)，從而同時(shí)改變量程的下限和上限而量程從而同時(shí)改變量程的下限和上限而量程保持不變。保持不變。1無(wú)遷移無(wú)遷移：gHP2負(fù)遷移負(fù)遷移：形成原因：容器中液體上方空間氣

6、體可凝，形成原因：容器中液體上方空間氣體可凝，或?yàn)榉栏痈綦x罐或采用法蘭式測(cè)壓差?；?yàn)榉栏痈綦x罐或采用法蘭式測(cè)壓差。1211ghgHPP正壓室：正壓室：221ghPP負(fù)壓室：負(fù)壓室：BgHhhggHP11221)(差壓：差壓：l為了使變送器的輸出不受固定壓差的影響，為了使變送器的輸出不受固定壓差的影響，采用零點(diǎn)遷移法，進(jìn)行負(fù)遷移，遷移量為采用零點(diǎn)遷移法，進(jìn)行負(fù)遷移，遷移量為B。 例如：已知例如：已知 ， ， ， ， ，31/1200mkg32/950mkgmh0 . 11mh0 . 52m0 . 30mHPagH3528038 . 912001液位高度變化形成液位高度變化形成的差壓值為的差壓

7、值為PagH3528038 . 912001求：求：1）計(jì)算差壓的變化量？）計(jì)算差壓的變化量？2）選擇差壓變送）選擇差壓變送器量程？器量程？3）計(jì)算差壓變送器遷移量？）計(jì)算差壓變送器遷移量？4）計(jì)算）計(jì)算遷移后差壓變送器的壓差測(cè)量范圍？遷移后差壓變送器的壓差測(cè)量范圍？5）計(jì)算遷）計(jì)算遷移后差壓變送器的液位測(cè)量范圍？移后差壓變送器的液位測(cè)量范圍？kPaP24.3724.370min負(fù)遷移后，差壓變送器的最小測(cè)量量為：負(fù)遷移后，差壓變送器的最小測(cè)量量為：PaghhB372408 . 9950) 15()(212所以可選擇差壓變送器量程為所以可選擇差壓變送器量程為40kPa所以負(fù)遷移量為所以負(fù)遷移量

8、為37.240kPa，即將差壓，即將差壓變送器的零點(diǎn)調(diào)為變送器的零點(diǎn)調(diào)為-37.240kPa。負(fù)遷移后，差壓變送器的最大測(cè)量量為：負(fù)遷移后，差壓變送器的最大測(cè)量量為：kPaP76. 224.3740min差壓變送器的測(cè)量范圍為：差壓變送器的測(cè)量范圍為：37.242.76kPa實(shí)際液位測(cè)量范圍為：實(shí)際液位測(cè)量范圍為：實(shí)際可測(cè)量液位范圍為實(shí)際可測(cè)量液位范圍為03.4mmH4 . 328.35/0 . 340max圖圖6.2.6差壓變送器的正負(fù)遷移示意差壓變送器的正負(fù)遷移示意圖圖)(hHgPgh正遷移量為正遷移量為3 正 遷 移正 遷 移 ： 變 送 器 位 置 低 于 液 面 基 準(zhǔn) 面 。： 變

9、 送 器 位 置 低 于 液 面 基 準(zhǔn) 面 。圖圖6.2.6差壓變送器的正負(fù)遷移示意圖差壓變送器的正負(fù)遷移示意圖正、負(fù)遷移正、負(fù)遷移是通過(guò)遷是通過(guò)遷移彈簧改移彈簧改變變送器變變送器零點(diǎn)；零點(diǎn)；量程調(diào)節(jié)量程調(diào)節(jié)是是通過(guò)滿度通過(guò)滿度調(diào)節(jié)螺釘調(diào)節(jié)螺釘改變變送改變變送器滿度值器滿度值來(lái)實(shí)現(xiàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)第二節(jié)第二節(jié) 浮力式液位檢測(cè)浮力式液位檢測(cè)一恒浮力式液位檢測(cè)：一恒浮力式液位檢測(cè)：基本原理基本原理：浮于液面上的：浮于液面上的浮子隨著液位上升或下浮子隨著液位上升或下降，根據(jù)浮子的位置實(shí)降，根據(jù)浮子的位置實(shí)現(xiàn)液位的檢測(cè)?，F(xiàn)液位的檢測(cè)。例如例如：浮球式水位控制器：浮球式水位控制器：調(diào)整箱調(diào)整箱組件組件浮筒浮筒浮

10、球浮球連桿連桿非導(dǎo)非導(dǎo)磁管磁管下限下限水銀水銀開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)磁鋼磁鋼上限上限水銀水銀開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)二變浮力式液位檢測(cè)（浮筒式液位計(jì)）二變浮力式液位檢測(cè)（浮筒式液位計(jì)） 將一橫截面積為將一橫截面積為A，質(zhì)量為，質(zhì)量為m的空心金屬浮筒懸掛在彈的空心金屬浮筒懸掛在彈簧上，彈簧的下端被固定，簧上，彈簧的下端被固定，當(dāng)測(cè)量桶內(nèi)無(wú)水時(shí)，浮筒的當(dāng)測(cè)量桶內(nèi)無(wú)水時(shí)，浮筒的重力與彈簧力達(dá)到平衡時(shí)，重力與彈簧力達(dá)到平衡時(shí)，有：有：0Cxmg 當(dāng)測(cè)量筒內(nèi)有一定高度的液位當(dāng)測(cè)量筒內(nèi)有一定高度的液位H時(shí)，浮筒受到液體的浮力上浮時(shí)，浮筒受到液體的浮力上浮xhH)(0 xxCghAmg根據(jù)力平衡：根據(jù)力平衡：一般一般 xhhH 即即xg

11、ACH從而被測(cè)液位從而被測(cè)液位H可表示為可表示為即彈簧的位移量與液位即彈簧的位移量與液位成正比。彈簧的頂端連接成正比。彈簧的頂端連接有一鐵芯，鐵芯隨著彈簧有一鐵芯，鐵芯隨著彈簧的位移在差動(dòng)變壓器內(nèi)上的位移在差動(dòng)變壓器內(nèi)上下移動(dòng)輸出位移信號(hào)。下移動(dòng)輸出位移信號(hào)。)(0 xxCghAmg浮球式液位計(jì)浮球式液位計(jì)浮筒液位計(jì)浮筒液位計(jì)第三節(jié)第三節(jié) 電氣式物位檢測(cè)電氣式物位檢測(cè)以以電容式電容式液位檢測(cè)為例：液位檢測(cè)為例：rRLCln210當(dāng)兩圓筒間充以介電常當(dāng)兩圓筒間充以介電常數(shù)為數(shù)為1的氣體時(shí)，圓筒的氣體時(shí)，圓筒的電容量為：的電容量為：圓筒形金圓筒形金屬導(dǎo)體屬導(dǎo)體 rRHrRHLCCCln2ln)(2

12、2121HrRrRLln)(2ln2121CC0當(dāng)圓筒形電容器幾何尺寸一定，電容器電容增量與當(dāng)圓筒形電容器幾何尺寸一定，電容器電容增量與液位高度液位高度H成正比。同時(shí)，兩種介質(zhì)的介電常數(shù)的成正比。同時(shí)，兩種介質(zhì)的介電常數(shù)的差值越大，差值越大， 越大，靈敏度高。越大，靈敏度高。C如果圓筒形電極間的一部分被介電常數(shù)為如果圓筒形電極間的一部分被介電常數(shù)為2的液體所浸沒(méi)，被浸沒(méi)的電極長(zhǎng)度為的液體所浸沒(méi)，被浸沒(méi)的電極長(zhǎng)度為H H，此時(shí)的電容量為：此時(shí)的電容量為：rRHrRHLCCCln2ln)(22121l適用對(duì)象：非導(dǎo)電液體或固體。適用對(duì)象：非導(dǎo)電液體或固體。l對(duì)于導(dǎo)電液體，電極要用絕緣物覆蓋作對(duì)于導(dǎo)

13、電液體，電極要用絕緣物覆蓋作為中間介質(zhì)，而液體和外圓筒一起作為為中間介質(zhì)，而液體和外圓筒一起作為外電極。外電極。v超聲波物位檢測(cè)方法通過(guò)測(cè)量聲波從發(fā)射至接受反超聲波物位檢測(cè)方法通過(guò)測(cè)量聲波從發(fā)射至接受反射回波的時(shí)間間隔來(lái)確定物位高低射回波的時(shí)間間隔來(lái)確定物位高低。第四節(jié)第四節(jié) 聲學(xué)式物位檢測(cè)聲學(xué)式物位檢測(cè)一一超聲波檢測(cè)原理超聲波檢測(cè)原理：v20kHz以上頻率的機(jī)械波稱為超聲以上頻率的機(jī)械波稱為超聲波。波。v當(dāng)聲波從一種介質(zhì)向另一種介當(dāng)聲波從一種介質(zhì)向另一種介質(zhì)傳播時(shí)，因?yàn)閮煞N介質(zhì)的密度質(zhì)傳播時(shí)，因?yàn)閮煞N介質(zhì)的密度不同和聲波在其中的傳播速度不不同和聲波在其中的傳播速度不同，在分界面上聲波會(huì)產(chǎn)生反

14、射同，在分界面上聲波會(huì)產(chǎn)生反射和折射。反射系數(shù)與聲阻抗（和折射。反射系數(shù)與聲阻抗（ ）有關(guān)，有關(guān)，vvtH21當(dāng)超聲波傳播速度已知，可根據(jù)時(shí)間求得物位。當(dāng)超聲波傳播速度已知，可根據(jù)時(shí)間求得物位。v基于基于壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)、和、和逆壓電效應(yīng)逆壓電效應(yīng)。v發(fā)射器發(fā)射器：將交變電壓轉(zhuǎn)換成向：將交變電壓轉(zhuǎn)換成向外發(fā)射的機(jī)械波。外發(fā)射的機(jī)械波。v接收器接收器：把聲能轉(zhuǎn)換成電能。：把聲能轉(zhuǎn)換成電能。v實(shí)現(xiàn)方法實(shí)現(xiàn)方法：檢測(cè)時(shí)一般采用較：檢測(cè)時(shí)一般采用較高頻率的超聲脈沖。這樣可減少高頻率的超聲脈沖。這樣可減少了單位時(shí)間超聲波的發(fā)射能量，了單位時(shí)間超聲波的發(fā)射能量，又可提高超聲脈沖的幅值又可提高超聲脈沖的幅值

15、v好處：前者有利于減少空化效好處：前者有利于減少空化效應(yīng)，溫升效應(yīng)，后者可提高測(cè)量應(yīng)，溫升效應(yīng)，后者可提高測(cè)量精度。精度。二二超聲波物位計(jì)的接收和發(fā)射超聲波物位計(jì)的接收和發(fā)射超聲波傳播速度的補(bǔ)償方法超聲波傳播速度的補(bǔ)償方法v溫度補(bǔ)償溫度補(bǔ)償v設(shè)置校正具設(shè)置校正具二、電極式液位計(jì)二、電極式液位計(jì) 利用液體導(dǎo)電原理利用液體導(dǎo)電原理制成，是一種簡(jiǎn)易制成，是一種簡(jiǎn)易液位計(jì)。工作原理液位計(jì)。工作原理見(jiàn)圖見(jiàn)圖BW25浮筒式液位計(jì)浮筒式液位計(jì)產(chǎn)品特點(diǎn)產(chǎn)品特點(diǎn) l 全金屬結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)潔耐用全金屬結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)潔耐用 l 使用使用M7指示器線性指示被測(cè)液位指示器線性指示被測(cè)液位 l 最高使用溫度可達(dá)最高使用溫度可達(dá)400 l 最高工作壓力可達(dá)最高工作壓力可達(dá)70MPa l 最多可安裝兩個(gè)限位開(kāi)關(guān)最多可安裝兩個(gè)限位開(kāi)關(guān) l 4 2 0 m A 電 流 輸 出電 流 輸 出主要技術(shù)參數(shù)主要技術(shù)參數(shù)l 測(cè)量范圍：測(cè)量范圍：0.36 m l 測(cè)量精度：測(cè)量精度：1.5% F.S 浮球式液位控浮球式液位控制器制器l與電機(jī)啟動(dòng)控制裝置配套，與電機(jī)啟動(dòng)控制裝置配套，用以控制工業(yè)或民用水槽、用以控制工業(yè)或民用水槽、水箱、水塔和各種酸堿、貯水箱、水塔和各種酸堿、貯液槽的液位液槽的液位 l 控制范圍：控制范圍：2008000mm（超出（超出4000mm時(shí)分節(jié)裝）時(shí)分節(jié)裝） l輸出信號(hào)：干簧觸點(diǎn)輸出信號(hào)：干簧觸點(diǎn)AC