第7章 物位检测技术（课件）- 《传感器与检测技术》同步教学（西安电子科大版）

第7章 物位检测技术 7.1 概述 7.2 连续式物位检测技术 7.3 开关式物位检测 1 内容提要 本章主要介绍物位的基本概念及检测方法 重点介绍了物位连续检测中常用的电容式物位计、浮力式物位计、压力式物位计、超声波物位计的检测原理 物位上下限检测中常用的超声波物位开关、微波物位开关与接近开关的工作原理，应用实例以及物位计的选用等。 7.1 概述 7.1.1 物位的基本概念 液位――容器中的液体介质的高低 料位――容器中固体或颗粒状物质的堆积高度 界位――在同一容器中由于两种密度不同且相互不相溶的液体间或液体与固体之间的分界面（相界面）位置。 物位――液位、料位和界位的总称。 物位检测的作用 ①确定容器中的贮料数量，以保证连续生产的需要或进行经济核算； ②为了监视或控制容器的物位，使它保持在规定的范围内； ③对它的上下极限位置进行报警，以保证生产安全、正常进行。 物位检测的分类 连续式物位检测：连续检测物位变化的； 主要用于连续控制等方面，有时也可用于多点报警系统中。 开关式物位检测：检测物位上下限的，即物位开关。 它主要用于过程自动控制的门限、溢流和空转防止等。 7.1.2 物位的检测方法 1. 直读法 2. 压力法 3. 浮力法 4. 电学法 5. 声学法 6. 光学法 7. 核辐射法 8. 其他方法 1 直接测量法 它是利用连通器的原理，将容器中的液体引入带有标尺的观察管中，通过标尺读出液位高度。下图所示的是玻璃管液位计。 7 7.2 连续式物位检测技术 连续式物位检测主要是利用物位计连续检测物位的变化。 电容式物位计 主要有两个导体电极（通常把容器壁作为一个电极），电极间的气体、流体或固体的物位发生变化时导致电极间电容量的变化，因而可以反映出物位的变化。 浮子自动平衡式物位计 通过检测平衡浮子浮力的变化来进行液位的检测。 压力式物位计 一般采用半导体膜盒结构，利用金属片承受液体压力，通过封入的硅油导压传递给半导体应变片进行液位的测量。 超声波计检测物位 是由探头向液面或粉体表面发射一束超声波，再接收其反射波，根据声波往返的时间就可以计算出传感器到液面（粉体表面）的距离，即测量出液面（粉体表面）高度。 7.2.1 电容式物位计 1. 测量导电液体的电容式物位计 图7-1 导电液体电容液位计示意图 根据电容计算公式C=ξs/d，对于导电液体来说，液位的变化相当于介电常数ξ和极板距离d不变，而极板面积S在变。 2. 测量非导电液体的电容式物位计 图7-2 非导电液体电容液位计示意图 电容式液位变换器结构原理图 电容的增量正比于被测液位高度， 可测量一种流体的液位高度 (1)如大直径容器或介电系数较小的介质，为增大测量灵敏度，通常也只用一根电极，将其靠近容器壁安装，使它与容器壁构成电容器的两极； (2)在测大型容器或非导电容器内装非导电介质时，可用两根不同轴的圆筒电极平行安装构成电容； (3)在测极低温度下的液态气体时，由于 接近 ，一个电容灵敏度太低。可取同轴多层电极结构，把奇数层和偶数层的圆筒分别连接在一起成为两组电极，变成相当于多个电容并联，以增加灵敏度。 有些特殊场合还有其它特殊安装形式: 3. 电容式物位计的外形与应用 （a）外形 （b）典型应用 图7-3 电容式物位计的外形与典型应用示意图 7.2.2 浮力式物位计检测液位 1. 检测原理 图7-4 浮力式液位检测 7.2.3 静压式物位计检测物位 1. 检测原理 由于液体对容器底面产生的静压力与液位高度成正比，因此通过测量容器中液体的压力即可测得出液位高度。 压力表测量液位原理 敞口容器：多用直接测量容器底部压力的方法。 如图所示，测压仪表通过导压管与容器底部相连，由测压仪表的压力指示值，便可推知液位的高度 。其关系为 式中，ρ为被测液体的密度（kg/m3），P—测压仪表指示值 ，H—液位的高度，g—重力加速度 由式可知，测出静压力p即可求出液位高度H。 有压力式和差压式两种。 式中 PA、PB——分别是液面上部介质压力和液面以下H深度的液体压力。 密闭容器：测量容器底部压力，除与液面高度有关外，还与液面上部介 质压力有关，其关系为 19 2. 压力式物位计 图7-5 压力式液位计 1—旋塞阀；2—引压管；3—压力表；4—法兰；5—压力变送器 3. 差压式物位计 图7-6