1、检测技术与仪表检测技术与仪表概述概述5.1 5.1 静压式液位测量静压式液位测量5.2 5.2 浮力式液位测量浮力式液位测量5.3 5.3 电容式液位测量电容式液位测量5.4 5.4 超声波物位测量超声波物位测量5.5 5.5 微波法物位测量微波法物位测量5.6 5.6 核辐射物位测量核辐射物位测量5.7 5.7 电导式及电感式物位传感器电导式及电感式物位传感器5.8 5.8 阻力式料位传感器阻力式料位传感器5.9 5.9 应用实例应用实例一、物位测量的定义一、物位测量的定义 物位：统指液位、料位和相界面的位置。物位：统指液位、料位和相界面的位置。液位液位：容器、河道、水库等，相对于某指定位置
2、液体：容器、河道、水库等，相对于某指定位置液体的表面位置。的表面位置。料位料位：容器、堆场、仓库等所储固体颗粒、粉料等的：容器、堆场、仓库等所储固体颗粒、粉料等的堆积高度。堆积高度。相界面相界面：同一容器中两种密度不同且互不相溶的介质：同一容器中两种密度不同且互不相溶的介质间的分界面。间的分界面。有：液有：液-液相界面、液液相界面、液-固相界面固相界面。测料位的仪表测料位的仪表料位计料位计；测液位的仪表；测液位的仪表液位计液位计，测，测分界面的仪表分界面的仪表界面仪界面仪。二、目的和意义二、目的和意义 1、为经济核算提供依据：为经济核算提供依据：确定原料、半成品或成品的确定原料、半成品或成品的
3、数量，保证生产物料平衡。数量，保证生产物料平衡。2、维持正常生产、保证产品的产量和质量、保证安全维持正常生产、保证产品的产量和质量、保证安全生产生产。例，火电厂锅炉汽包水位测量与控制，例，火电厂锅炉汽包水位测量与控制，过高过高蒸汽带蒸汽带水水品质降低品质降低 轻则轻则加重管道和汽机的积垢加重管道和汽机的积垢，降低压力和降低压力和效率；重则使汽机发生故障效率；重则使汽机发生故障。过低过低不利与水循环不利与水循环可能可能使水冷壁管局部过热甚至爆炸使水冷壁管局部过热甚至爆炸。三、工艺特点及主要问题三、工艺特点及主要问题 1、传感器的安装位置、传感器的安装位置 液体：液位水平，只对安装高度有要求，在等
4、高处任选液体：液位水平，只对安装高度有要求，在等高处任选地点安装；地点安装；粉粒物料：料面不水平，与进出料口位置及流量有关。粉粒物料：料面不水平，与进出料口位置及流量有关。概概 述述 v 若进出料口都处于轴线上的圆筒形容器若进出料口都处于轴线上的圆筒形容器；v进料量大于出料，料面呈圆锥状；出料流大于进料，呈进料量大于出料，料面呈圆锥状；出料流大于进料，呈漏斗坑；漏斗坑；v在距容器内壁在距容器内壁1/3半径处半径处安装料位计。安装料位计。2、盲区、盲区 浮子法，受容器底面、顶面限制，有盲区；浮子法，受容器底面、顶面限制，有盲区；超声波法，受距离太小无法分辨的限制，存在盲区。超声波法，受距离太小无
5、法分辨的限制，存在盲区。3、死角、死角 容器的几何形状和传感器安装点不当容器的几何形状和传感器安装点不当死角。死角。4、分粒体料位有滯留区、分粒体料位有滯留区 流动性差，堆积状态不滑坡的最大倾角流动性差，堆积状态不滑坡的最大倾角“安息角安息角”。与颗粒形状、表面粗糙度、潮湿度、带静电否、吸附气体与颗粒形状、表面粗糙度、潮湿度、带静电否、吸附气体否等有关。设计料仓要考虑这一特性，否则会有物料残留。否等有关。设计料仓要考虑这一特性，否则会有物料残留。概概 述述 代表平均料位代表平均料位按测量原理分为按测量原理分为:压力式压力式 浮力式浮力式 电容式电容式 电导式电导式 阻力式阻力式 声波式声波式
6、微波及射线式微波及射线式 等等等等概概 述述 5.1 静压式液位测量静压式液位测量 5.1.1 测量原理测量原理 测液柱高产生的静压实现液位测量测液柱高产生的静压实现液位测量。如图如图4.1，设，设PA密封容器中密封容器中A点的静压点的静压(气相压力气相压力)，PBB点的静压，点的静压，H液位高度，液位高度，液体密度。则：液体密度。则：15gHPPPAB 若为敞口容器，则若为敞口容器，则PA大气压，大气压，PB B点的点的表压力。表压力。25gHPPB 图5.1 静压法液位测量原理 当当为常数，压力或差压只与液位高有关。测出为常数，压力或差压只与液位高有关。测出P或或P可知液位。可知液位。量程
7、合适的压力或差压的仪表皆可用于液位测量。量程合适的压力或差压的仪表皆可用于液位测量。P或或P乘以容器的截面积，可得到容器中液体的质量乘以容器的截面积，可得到容器中液体的质量测总量。测总量。5.1.2 压力式液位计压力式液位计 测压表所测压力来反测压表所测压力来反映液位，如图映液位，如图5.2。图图5.2 测压仪表测液位测压仪表测液位1、用测压表测量、用测压表测量 如图如图5.2(a)，引压管把压力计与容器底部连通，仪表示值反映液，引压管把压力计与容器底部连通，仪表示值反映液位高低。位高低。测压基准点与最低液位一致。若不一致，要考虑附加液柱影响，测压基准点与最低液位一致。若不一致，要考虑附加液柱
8、影响，进行修正进行修正。适合黏度较小、洁净液体液位测量。适合黏度较小、洁净液体液位测量。测量黏稠、易结晶或含有颗粒液体的液位，采用测量黏稠、易结晶或含有颗粒液体的液位，采用法兰式法兰式压力变送压力变送器，如图器，如图5.2(b)。5.1 静压式液位测量静压式液位测量gHPPB引压管易堵塞引压管易堵塞 2、吹气法吹气法 适于腐蚀性、高黏度或有悬浮颗粒液位测量，如图适于腐蚀性、高黏度或有悬浮颗粒液位测量，如图5.3。由液位变化范围，调节减压阀由液位变化范围，调节减压阀2，使压缩空气压力为，使压缩空气压力为P1；调节流元件调节流元件3，使压力为，使压力为P2，保证最高液位仍有微量气泡从导管保证最高液
9、位仍有微量气泡从导管下端口逸出；下端口逸出；P1变化不大，当满足变化不大，当满足P20.528 P1时，气源流量恒定不变。时，气源流量恒定不变。吹气流量约：吹气流量约：20Lh；液位液位管内压力管内压力从导管下从导管下端逸出的气量端逸出的气量。管内压力与液体静。管内压力与液体静压约相等，表压约相等，表5示值即反映液位高示值即反映液位高H。5.1 静压式液位测量静压式液位测量5.3 吹气法测量图吹气法测量图压缩压缩空气空气5.1.3 差压式液位计差压式液位计容器下部的压力与液位高度及液面上部介质压力有关；容器下部的压力与液位高度及液面上部介质压力有关；差压值还受液体密度和仪表安装位置影响。差压值
10、还受液体密度和仪表安装位置影响。1、零点迁移问题、零点迁移问题压力、差压检测压力、差压检测要求：取压口要求：取压口(零液位零液位)与压力与压力/差压仪差压仪表的入口在同一水平面表的入口在同一水平面，否则有附加静压差否则有附加静压差；实际安装时不能保证满足该要求。实际安装时不能保证满足该要求。v如测地下储槽，仪表安在如测地下储槽，仪表安在地面地面；v法兰式差压变送器，导压管中充满硅油，安装在任何高法兰式差压变送器，导压管中充满硅油，安装在任何高度，均有附加静压。度，均有附加静压。5.1 静压式液位测量静压式液位测量gHPPPAB读数和维护的方便读数和维护的方便 无迁移无迁移 图图5.4(a)差压
11、变送器正、负压室分别与容器下部和上部的取差压变送器正、负压室分别与容器下部和上部的取压点相连通，正压室与零液位等高；压力分别为压点相连通，正压室与零液位等高；压力分别为P+和和P-，则：，则：00PP,gHPP gHPPP H0，P 0，无需，无需迁移。迁移。5.1 静压式液位测量静压式液位测量 负迁移负迁移 图图5.4(b)上方气体可凝；上方气体可凝；或介质有腐蚀性，为防腐，差变或介质有腐蚀性，为防腐，差变正、负室与取压点间装有隔离罐，正、负室与取压点间装有隔离罐，并充满隔离液。并充满隔离液。其密度为其密度为 ，正、负压室所受压，正、负压室所受压力为：力为：0121PgHghP022pghP
12、45122121BgHghghgHPPPg)h(hB2125.1 静压式液位测量静压式液位测量2 当当0，B0，有一固定值（输出，有一固定值（输出I4mA）；）；要要H0，输出，输出I4mA，需消去，需消去B的作用的作用零点迁移。零点迁移。迁移的量为迁移的量为B，故为负迁移。，故为负迁移。正迁移正迁移 5.4(c)实际安装时，常不能保证变送器和零液位在同一水平面。实际安装时，常不能保证变送器和零液位在同一水平面。p5.1 静压式液位测量静压式液位测量011PghgHP0PP 55111CgHghgHPPP H0，C，有一固定值，使输出，有一固定值，使输出I4mA；要要H0，I4mA，需消去，需
13、消去C的作用。迁移量的作用。迁移量 C0，故需正迁移。方法与负迁移相似。故需正迁移。方法与负迁移相似。v零点迁移零点迁移仅改变了变送器测量范围的上、下限，而量程大仅改变了变送器测量范围的上、下限，而量程大小不会改变。小不会改变。p5.1 静压式液位测量静压式液位测量 例例5.1 如图如图5.4(b)，用差变测液位。，用差变测液位。1200kgm3，950kgm3，h11.0m，h25.0m，液位变化范围：，液位变化范围：03.Om。重力加速度。重力加速度g9.8ms2，求变送器的量程和迁移量。，求变送器的量程和迁移量。12 解解：液位在液位在03.Om变化时，差压的变化量：变化时，差压的变化量
14、：可选差变的量程：可选差变的量程：040kPa。H0，有：，有：需负迁移，迁移量为需负迁移，迁移量为-34.24kPa。迁移后测量范围：迁移后测量范围：34245.76kPa。若选用若选用DDZ型仪表，则当型仪表，则当I4mA时，时，H0；当；当I20mA时，时，H403.035.283.4m，即实际可测液位：，即实际可测液位：03.4m。若要求若要求H3.0m时，输出时，输出20mA，则还需量程迁移，使当，则还需量程迁移，使当 35.28-34.241.04kPa时，输出时，输出I=20mA。)(352808.9120031maxPagHp5.1 静压式液位测量静压式液位测量)(342408
15、.9950)15()(221PaghhP 2、特殊液位测量特殊液位测量 腐蚀性、易结晶或高黏度介质液位腐蚀性、易结晶或高黏度介质液位测量。测量。采用法兰式差变：采用法兰式差变：防引压管腐蚀或堵防引压管腐蚀或堵塞塞，如图，如图5.6。法兰式有：法兰式有：单法兰、双法兰、插入式单法兰、双法兰、插入式或平法兰或平法兰等结构。等结构。存在零点存在零点“迁移迁移”问题问题：650211ghghP 毛细管中硅油密度，毛细管中硅油密度，kgm3。0 正负压侧的毛细管中的介质相同，正负压侧的毛细管中的介质相同，迁移量与安装位置无关迁移量与安装位置无关。5.1 静压式液位测量静压式液位测量图图5.6Hh3P0h
16、4 锅炉汽包水位测量锅炉汽包水位测量采取一些补偿措施采取一些补偿措施。关键环节关键环节:平衡容器平衡容器。图。图5.7 双室平双室平衡容器衡容器 粗管，正压容室与汽包连通，进入平粗管，正压容室与汽包连通，进入平衡容器的蒸汽不断凝结成水，因溢流而衡容器的蒸汽不断凝结成水，因溢流而保持恒定水位保持恒定水位。细管，负压容室与汽包水连通细管，负压容室与汽包水连通。汽包为正常水位时，平衡容器差压：汽包为正常水位时，平衡容器差压：相应汽包压力下的饱和蒸汽密度，相应汽包压力下的饱和蒸汽密度，kgm3；宽容器内水的密度，宽容器内水的密度，kgm3；负压管内水的密度，负压管内水的密度，kgm3。)7.5()(0
17、2010gHLgHgLPss125.1 静压式液位测量静压式液位测量图图5.7受汽、水密度变化等受汽、水密度变化等影响，测量误差较大影响，测量误差较大 当水位变化偏离正常水位时，设变化量当水位变化偏离正常水位时，设变化量 H，即，即HH0 土土 H。平衡。平衡容器的差压：容器的差压：p)(21gHLgHgLs)()(0201gHHLgHHgLs)()()(20201ggHLgHgLss将式将式(5.7)代入得代入得p)()(20HgpsHHHHgpHHHHgpss020020,)(,)(=(5.8)可见：可见：平衡容器输出的差压随平衡容器输出的差压随H变化；变化；2 s，水位增高，平衡容器的输
18、出差压减小；，水位增高，平衡容器的输出差压减小；相反，当汽包水位降低时，平衡容器的输出差压增大。相反，当汽包水位降低时，平衡容器的输出差压增大。5.1 静压式液位测量静压式液位测量 误差分析：误差分析：散热的影响散热的影响：平衡容器正、负压室水温从上至下逐渐降低，不易：平衡容器正、负压室水温从上至下逐渐降低，不易测定，密度测定，密度 1和和 2的数值也难以准确确定。的数值也难以准确确定。消除法：对平衡容器保温（消除法：对平衡容器保温（1和和 2为汽包压力下饱和水密度为汽包压力下饱和水密度 W，即即 2 1 W）。则差压与水位）。则差压与水位H的关系：的关系：95)()(21gHLgHLgHgL
19、Psws 上式表明：上式表明：汽包工作压力稳定，转换关系不变；汽包工作压力稳定，转换关系不变；应用工况不变，读数才正确；应用工况不变，读数才正确；汽包压力发生变化汽包压力发生变化（密度密度 W和和 s随之变化，读数产生误差）；随之变化，读数产生误差）；与水位与水位H和平衡容器结构尺寸和平衡容器结构尺寸L有关，有关，LH 越大，误差也越大。越大，误差也越大。可见：可见：锅炉起停过程中锅炉起停过程中，汽包压力低于额定工作压力，差压式液位汽包压力低于额定工作压力，差压式液位计的指示比实际低计的指示比实际低。在中压锅炉中可达在中压锅炉中可达4050mm，在高压锅炉中可达，在高压锅炉中可达100150m
20、m。5.1 静压式液位测量静压式液位测量消除或减小汽包压力变动误差法消除或减小汽包压力变动误差法：中间抽头平衡容器中间抽头平衡容器，如图，如图5.8；同时测量汽包压力，对差压信号进行修正，获得准确的水位测量值同时测量汽包压力，对差压信号进行修正，获得准确的水位测量值。图图5.8示平衡容器输出差压与示平衡容器输出差压与汽包水位之间的关系：汽包水位之间的关系：gHglgLpswwasw)()()(gpglgLHswwasw)()()(（5.10）式中式中:汽包压力下饱和水和汽包压力下饱和水和 饱和蒸汽的密度差；饱和蒸汽的密度差；室温下水和饱和水的密度差；室温下水和饱和水的密度差；、平衡容器的结构尺
21、寸。平衡容器的结构尺寸。swwaLl 若将两密度差近似为汽包压力若将两密度差近似为汽包压力的线性函数：的线性函数：PKKgsw21)(PKKgwa43)(5.1 静压式液位测量静压式液位测量图图5.8 a sP0则：则：pKKppKKlpKKLH214321)()(pKKppKK2165=（5.11）式中：式中：654321,KKKKKK 常数。常数。其中其中 ，。315lKLKK426lKLKK 当压力补偿范围较大时当压力补偿范围较大时，可多段折线来逼近密度差与汽可多段折线来逼近密度差与汽包压力的关系包压力的关系。由式由式(5.11)设计的差压式设计的差压式汽包水位测量系统方框图如图汽包水位
22、测量系统方框图如图5.9。5.1 静压式液位测量静压式液位测量图图5.9现场安装现场安装5.1 静压式液位测量静压式液位测量 例题例题1、如图示，用差压变送器测密闭容器的液位。已知、如图示，用差压变送器测密闭容器的液位。已知h1=50cm，h2=200cm，h3=140cm，被测介质的密度，被测介质的密度1=0.85g/cm3，负压管内的隔，负压管内的隔离液为水，求变送器的调校范围和迁移量。离液为水，求变送器的调校范围和迁移量。解：仪表的量程解：仪表的量程P：PaghP9.1667110001007.98085.020012当液位最低时，变送器正、负压室的受力：当液位最低时，变送器正、负压室的
23、受力：000133.1167010001007.98085.0140PPaPPghP00003213.3824710001007.9801)14020050()(PPaPPghhhP 迁移量：迁移量：PaPPP265773.382473.11670因因 P 盲区距离。双探头方式，可大盲区距离。双探头方式，可大为减小盲区。为减小盲区。2、设置校正具、设置校正具回声测距法：声波在介质中的回声测距法：声波在介质中的传播速度传播速度与介质的密度有与介质的密度有关，而密度是温度和压力的函数；关，而密度是温度和压力的函数；声速变化，影响测距准确性；声速变化，影响测距准确性；保证测量精度：对声速进行校正。保
24、证测量精度：对声速进行校正。5.4 超声波物位测量超声波物位测量0时空气中的声速为时空气中的声速为331ms，100时空气中的声速时空气中的声速384ms 设液位设液位H，测量探头发出声波的传，测量探头发出声波的传播速度为播速度为v，往返时间为，往返时间为t，则：，则：5.4 超声波物位测量超声波物位测量tH21 校正探头和测量探头在同种介质中，若校正探头和测量探头在同种介质中，若v v0，则：，则：35.500ttLH(5.43)固定校正具方法固定校正具方法 图图5.29。两组探头：测量探头和。两组探头：测量探头和校校正探头正探头。校正探头到反射板的距离。校正探头到反射板的距离L0。在介质中
25、的波速在介质中的波速v0，往返时间，往返时间t0，则：，则：00021tvL 若使若使t0数值上等于数值上等于L，则，则t数值上就等于液位高数值上就等于液位高H。图图5.29 装于传声介质中，探头与反射装置装于传声介质中，探头与反射装置距离固定距离固定 5.4 超声波物位测量超声波物位测量问题：问题：固定位置安装校正具；许多情况下不能保证固定位置安装校正具；许多情况下不能保证v v0；容器中温度场和介质密度上下不均匀，波速有差异；容器中温度场和介质密度上下不均匀，波速有差异；活动校正具（活动校正具（如图如图5.30）若密度分布不均匀，或介质存在温度梯度时，可采用浮若密度分布不均匀，或介质存在温
26、度梯度时，可采用浮臂式倾斜校正具；臂式倾斜校正具；精度高，但安装不方便，要求容器的精度高，但安装不方便，要求容器的直径直径(或高度或高度)要大于要大于Hmax。图图5.305.4 超声波物位测量超声波物位测量 固定距离标志方法固定距离标志方法 图图5.31，在探头上方，每隔固距离，在探头上方，每隔固距离(如如1m)放一小反射体；放一小反射体；每遇一个反射体就有一个反射标志波；每遇一个反射体就有一个反射标志波；当声脉冲传到液面，仍有较强的液面反当声脉冲传到液面，仍有较强的液面反射波；射波；鉴别出各个标志波和液面波鉴别出各个标志波和液面波（图（图5.32），可得液位高：可得液位高：图图5.31将液
27、位高度将液位高度H分为分为h1和和h2进行测量，进行测量，h1可准确计量，可准确计量，h2采用活动校正具法测量，测量精度较高。采用活动校正具法测量，测量精度较高。如如H4582mm，因米标志波不受介质的声速影响，因米标志波不受介质的声速影响，只要小反射体安装距离准确，就可准确确定米数，即只要小反射体安装距离准确，就可准确确定米数，即h1 41000mm。测量测量h2=582mm即可，降低了精度要求。即可，降低了精度要求。5.4 超声波物位测量超声波物位测量44.521hhH h1 以米为单位的液位数值；以米为单位的液位数值；h2 小于小于1m的零数段。的零数段。图图5.325.4 超声波物位测
28、量超声波物位测量 5.4.3 气介式超声液位气介式超声液位 图图5.33带声速校正具的多能气介式超声波液带声速校正具的多能气介式超声波液位计原理框图。位计原理框图。Ac、Bc：声速校正，间距为：声速校正，间距为 L；Am、Bm测量，间距测量，间距2D，发射到接收，发射到接收，经过的时间经过的时间 tx，到液面垂直距离，到液面垂直距离X；声波传播的实际距离声波传播的实际距离 ；若把声波经过若把声波经过2X的垂直距离所需时间表的垂直距离所需时间表示为示为tx，则：，则：222XD 22/XDXttxx2122)1(xxtXDt(5.45)图图5.33BC5.4 超声波物位测量超声波物位测量/212
29、2)1()1(xxxttXDt当当XD时，近似地：时，近似地：46.5212XD 若将测量点到容器底的距离取为若将测量点到容器底的距离取为nL（n1，2，3，），则），则H：47.52110nttnLXnLHxLt 0 校正探头的超声脉冲从发射到接收的时间校正探头的超声脉冲从发射到接收的时间s；超声脉冲在气介质中的传播速度超声脉冲在气介质中的传播速度ms。0tnL和和 都是常数，测出都是常数，测出 可知液位高。可知液位高。02ntxtUSS-93B系列超声波液位计、料位计系列超声波液位计、料位计*特特 点点:一体化设计，安装方便；一体化设计，安装方便；三线制；三线制；强劲声波发射，测量稳定可靠
30、；强劲声波发射，测量稳定可靠；过压过流保护；过压过流保护；光电隔离光电隔离4-2OmA输出；输出；较大电流的双继电器输出，用于较大电流的双继电器输出，用于报警和控制泵；报警和控制泵；全塑料外壳，耐腐蚀，适应任何全塑料外壳，耐腐蚀，适应任何现场环境；现场环境；灵活简便的安装方式灵活简便的安装方式:法兰式或支法兰式或支架式。架式。应用场所应用场所:敞口池子敞口池子 水渠水渠 水井水井 化学品罐化学品罐 料槽料槽 粮仓粮仓 料仓料仓 储罐储罐被测介质：被测介质：清水清水 污水污水 灰浆灰浆 泥浆泥浆 酸碱液酸碱液 化学试剂化学试剂 化肥药品化肥药品 润滑油润滑油 重油重油 沥青沥青 矿石矿石 固体颗
31、粒固体颗粒产品类型产品类型:USS-93B2、USS-93B4、USS-93B6、USS-93B16型型 USS-93B系列超声波液位计、料位计系列超声波液位计、料位计USS-93B2、USS-93B4、USS-93B6型型 由主机与探头构成由主机与探头构成 耐强腐蚀耐强腐蚀 可应用于压力容器（特制）可应用于压力容器（特制）适用于各种液压介质适用于各种液压介质 低盲区低盲区 精确温度补偿精确温度补偿 高出国外产品高出国外产品5倍以上的信号灵敏度倍以上的信号灵敏度 基本技术参数：基本技术参数：量程：量程：0.30-2.00m USS-93B2型型 0.30-4.00m USS-93B4型型 0.
32、30-6.00m USS-93B6型型 分辨率：分辨率：0.01m 测量精度：测量精度：0.5%（满量程）（满量程）输出信号：输出信号：DC4-20mA 电流信号电流信号 允许环境温度：允许环境温度：-30+60 探头耐压强度：普通型探头耐压强度：普通型0-0.4bar 特制型特制型0-1.0Mpa 探头波束角：探头波束角：3度（度（-3dB）供电电源：供电电源：DC24V 0.3A；AC220V 0.3A 继电器上下限报警继电器上下限报警 电缆装置：电缆装置：PG7密封套密封套 外壳材料：外壳材料：ABS（主机）（主机）PVC（探头（探头12）安装方式：法兰或支架安装方式：法兰或支架 USS
33、-93B系列超声波液位计、料位计系列超声波液位计、料位计 量程：量程：0.60-20.00m 分辨率：分辨率：0.01m 测量精度：测量精度：0.5%（满量程）（满量程）输出信号：输出信号：DC4-20mA 电流信号电流信号 允许环境温度：允许环境温度：-30+60 探头波束角：探头波束角：3度（度（-3dB）探头耐压强度：探头耐压强度：普通型普通型 0-0.4bar 特制型特制型0-1.0Mpa 探头外壳保护等级：探头外壳保护等级：1P66 供电电源：供电电源：DC24V 0.3A；AC220V 0.3A 继电器上下限报警继电器上下限报警 电缆装置：电缆装置：PG7密封套密封套 外壳材料：外
34、壳材料：ABS（主机）（主机）PVC（探头）（探头）安装方式：法兰或支架安装方式：法兰或支架 USS-93B16型型 由主机与探头构成由主机与探头构成 可用于液位、料位多种测量场所可用于液位、料位多种测量场所 耐强腐蚀耐强腐蚀 适用于各种介质适用于各种介质 低盲区低盲区 极高灵敏度极高灵敏度 基本技术参数：基本技术参数：LMS型数显表型数显表 液位显示液位显示 表盘式安装表盘式安装 DC24V 0.5A输出输出 上下限报警，继电器输上下限报警，继电器输 出控制出控制 可与主机配套使用可与主机配套使用 5.5 微波法物位测量微波法物位测量-雷达式物位计雷达式物位计 波长在波长在1mm到到1m的电
35、磁波称为的电磁波称为微波微波。与无线电波比较，特点：与无线电波比较，特点：良好的定向辐射性，良好的定向辐射性，良好的传输特性；良好的传输特性；传输过程中受火焰、灰尘、烟雾传输过程中受火焰、灰尘、烟雾及强光的影响极小；及强光的影响极小；介质对微波的吸收与介质的介介质对微波的吸收与介质的介电常数成比例，水对微波的吸收最大。电常数成比例，水对微波的吸收最大。雷达式物位计雷达式物位计微波技术的物位测量仪表。微波技术的物位测量仪表。无可动部件、不接触介质、无测量盲区；无可动部件、不接触介质、无测量盲区；可用于大型固定罐、浮顶罐内腐蚀性液体、高黏度液可用于大型固定罐、浮顶罐内腐蚀性液体、高黏度液体、有毒液
36、体的液位测量；体、有毒液体的液位测量；精度几乎不受被测介质温度、压力、相对介电常数及精度几乎不受被测介质温度、压力、相对介电常数及其易燃易爆等恶劣工况的限制。其易燃易爆等恶劣工况的限制。5.5 微波法物位测量微波法物位测量-雷达式物位计雷达式物位计 5.5.1测量原理测量原理 雷达波往返的时间雷达波往返的时间（发射，抵达发射，抵达液面后反射），正比于天线到液面的液面后反射），正比于天线到液面的距离。图距离。图4.34cdt22tcd 48.52tcLdLH C电磁波传播速度，电磁波传播速度，300000kms；d被测介质与天线之间的距离，被测介质与天线之间的距离，m；t 天线发射与接收到反射波
37、的时间差，天线发射与接收到反射波的时间差，s；L天线距罐底高度，天线距罐底高度，m；H液位高度，液位高度，m。两种方式测量：微波脉冲法及连续波调频法。两种方式测量：微波脉冲法及连续波调频法。脉冲测量法：常用脉冲测量法：常用56GHz辐射频率，脉宽约辐射频率，脉宽约8ns；连续波调频法：常用连续波调频法：常用10GH载波辐射频率，锯齿波，载波辐射频率，锯齿波，宽带调频。宽带调频。图图5.345.5 微波法物位测量微波法物位测量-雷达式物位计雷达式物位计 1、微波脉冲法、微波脉冲法 原理图原理图5.35。脉冲由发送器通过天线发出；脉冲由发送器通过天线发出；经液面反射后由接收器接收，并将信经液面反射
38、后由接收器接收，并将信号传给计时器；号传给计时器；计时器得到脉冲的往返时间；计时器得到脉冲的往返时间；难点：精确测量时间（雷达波速非常难点：精确测量时间（雷达波速非常快，直接测量难以满精度要求）。快，直接测量难以满精度要求）。解决法：采用合成脉冲雷达波，测量解决法：采用合成脉冲雷达波，测量发射波与反射波的频率差，间接求得往发射波与反射波的频率差，间接求得往返时间，图返时间，图5.36。图图5.35图图5.365.5 微波法物位测量微波法物位测量-雷达式物位计雷达式物位计 测量系统包括：天线头、数据采集板测量系统包括：天线头、数据采集板DAB、高频信号发生板、高频信号发生板HFB三部分。图三部分
39、。图5.37。振荡器：产生合成脉冲雷达波；振荡器：产生合成脉冲雷达波；线性化：减少干扰带来的波动；线性化：减少干扰带来的波动；分配器：一束波分成互相隔离的两束波；分配器：一束波分成互相隔离的两束波；B波：发射到基准线波：发射到基准线(带温度补偿带温度补偿)，提供，提供自校正参考；自校正参考；微处理器：计算得出微处理器：计算得出d。设设B波基准线长度波基准线长度d0，液面到天线距离，液面到天线距离d反射计反射计A：sfd2由传播介质和实际安装方式决定。由传播介质和实际安装方式决定。50.5kc反射计反射计B B：51.5210sfcd52.510ffkdd常数；常数；的测量在密封壳内，受外界影响
40、很小。的测量在密封壳内，受外界影响很小。f图图5.375.5 微波法物位测量微波法物位测量-雷达式物位计雷达式物位计*2、连续波调频法、连续波调频法 原理框图如图原理框图如图5.38。微波源：波段微波源：波段(10GH)的压控振荡器；的压控振荡器；从液面反射的信号经环形器送往混频器；从液面反射的信号经环形器送往混频器；混频器：对输入信号进行混频，产生差频信号，并送往放大器；混频器：对输入信号进行混频，产生差频信号，并送往放大器；放大器：将回波信号放大到规定的幅度后，送数字信号处理器；放大器：将回波信号放大到规定的幅度后，送数字信号处理器；数字信号处理器：对输入信号进行采样和傅氏变换，获得频谱特
41、性；数字信号处理器：对输入信号进行采样和傅氏变换，获得频谱特性；计算输出液位信号。计算输出液位信号。图图5.385.5 微波法物位测量微波法物位测量-雷达式物位计雷达式物位计 5.5.2 雷达液位计的应用问题雷达液位计的应用问题 1、介质的相对介电常数、介质的相对介电常数 微波在液微波在液面产生反射和折射，强度被衰减，当相对介电常数小到面产生反射和折射，强度被衰减，当相对介电常数小到一定值时，微波信号衰减过大，液位计无法正常工作。一定值时，微波信号衰减过大，液位计无法正常工作。避免法：被测介质相对介电常数大于产品所要求的最小值；用导波管。避免法：被测介质相对介电常数大于产品所要求的最小值；用导
42、波管。2、温度和压力、温度和压力微波的传播微波的传播速度速度不受温度变化的影响；不受温度变化的影响；在允许温度范围内工作（采取冷却措施）；在允许温度范围内工作（采取冷却措施）；避免高温介质对天线的影响：与最高液面间留有一定的安全距离。避免高温介质对天线的影响：与最高液面间留有一定的安全距离。可在真空或受压状态下正常工作；可在真空或受压状态下正常工作；压力高到一定程度时，对测量带来误差。压力高到一定程度时，对测量带来误差。3、导波管、导波管(稳态管稳态管)消除消除多重回波所产生的干扰影响；多重回波所产生的干扰影响；提高反射回波能量（测量相对介电常数较小的液面）提高反射回波能量（测量相对介电常数较
43、小的液面）。与传播媒介的相对介电常数和磁导率有与传播媒介的相对介电常数和磁导率有关关5.5 微波法物位测量微波法物位测量-雷达式物位计雷达式物位计 对鱼雷罐铁水的测量。对鱼雷罐铁水的测量。铁水温度：铁水温度：1000以上。以上。解决高温的问题。解决高温的问题。A、在加长的安装立管上、在加长的安装立管上安装压缩空气通道，注入安装压缩空气通道，注入压缩空气以降低雷达液位压缩空气以降低雷达液位计的喇叭天线口的温度。计的喇叭天线口的温度。B、采用导波弯管的设计，、采用导波弯管的设计，避开由于辐射引起的超高避开由于辐射引起的超高温。温。C、喇叭天线与安装口保持、喇叭天线与安装口保持一定的距离，以降温。一
44、定的距离，以降温。5.6 核辐射物位检测技术核辐射物位检测技术 5.6.1基本原理基本原理 射源产生的射线穿透物质，其射源产生的射线穿透物质，其强度强度随物质的厚度而变化：随物质的厚度而变化：HeII0 分别为射入介质前和通过介质后的射线强度，分别为射入介质前和通过介质后的射线强度，介质对射线的吸收系数，介质对射线的吸收系数，介质的厚度，介质的厚度，介质不同，吸收射线的能力也不同；介质不同，吸收射线的能力也不同；当放射源和被测介质一定时，当放射源和被测介质一定时，和和 都为常数；都为常数；则介质厚度则介质厚度H与射线强度与射线强度I的关系为：的关系为：0,II0IIIIIH00ln1ln1ln
45、1被吸收掉一部分被吸收掉一部分5.6 核辐射物位检测技术核辐射物位检测技术放射源：放射源：Co-60(钴钴)和和Cs-137(铯铯)。使用注意：使用注意：(1)使用环境温度：使用环境温度：-2070 ；(2)射源有半衰期，定时进行衰补偿或校验，否则影响测量精度射源有半衰期，定时进行衰补偿或校验，否则影响测量精度；(3)采取严格的防护措施，确保人身和生产安全。采取严格的防护措施，确保人身和生产安全。图图.放射性物位计测量物位原理示意图放射性物位计测量物位原理示意图 探测器探测器闪烁晶体检测器：闪烁晶体检测器：NaI晶体晶体+光电管，光电管，NaI晶体受照射产生可见光，晶体受照射产生可见光，光强度
46、与射线剂量成比例；光电管将此可见光转换成电信号。光强度与射线剂量成比例；光电管将此可见光转换成电信号。电离室检测器：电离室检测器：金属管内充满氩气，管中有一电极，射线照射到氩金属管内充满氩气，管中有一电极，射线照射到氩气使电离而产生与射线强度成比例的电流。气使电离而产生与射线强度成比例的电流。一、一、ZXK阻旋式料位控制器阻旋式料位控制器、工作原理、工作原理同步微电机经减速后，带动检测叶片旋转（每分钟转）；同步微电机经减速后，带动检测叶片旋转（每分钟转）；当物料上升至叶片受到阻时，检测机构产生旋转位移；当物料上升至叶片受到阻时，检测机构产生旋转位移；一个微动开关动作，发出有料位信号；另一个微动
47、开关动作，切断电源一个微动开关动作，发出有料位信号；另一个微动开关动作，切断电源使停转；使停转；如此料位不变，状态保持；如此料位不变，状态保持；当料位下降，检测叶片失去阻挡，检测机构恢复原状，一个微动开关动当料位下降，检测叶片失去阻挡，检测机构恢复原状，一个微动开关动作，接通电源使其旋转；另一个微动开关发出无料位信号。作，接通电源使其旋转；另一个微动开关发出无料位信号。5.7 其它物位传感器其它物位传感器、主要特点：、主要特点：过载保护：避免使用不当或非正常外力造成电机及减速器损坏；过载保护：避免使用不当或非正常外力造成电机及减速器损坏；不同灵敏度和各种规格叶片：适应各种不同物料；不同灵敏度和
48、各种规格叶片：适应各种不同物料；具有耐腐蚀、无污染、防潮、防尘等特点；具有耐腐蚀、无污染、防潮、防尘等特点；带散热装置，可在带散热装置，可在的物料环境下使用。的物料环境下使用。、安装：、安装：叶片上方安装防护板防止使用中物料的砸击；叶片上方安装防护板防止使用中物料的砸击；顶置垂直安装时，在轴套外安装保护套，避免雨水的渗入。顶置垂直安装时，在轴套外安装保护套，避免雨水的渗入。二、射频导纳物位开关二、射频导纳物位开关 适用于绝大多数应用场合；适用于绝大多数应用场合；仪表由一个电路单元，一套防爆外壳和杆式或缆式传感元件组成；仪表由一个电路单元，一套防爆外壳和杆式或缆式传感元件组成；传感器有多种型号可
49、选。传感器有多种型号可选。防挂料：防挂料：独特的电路设计和传感器结构，使其测量可以不受传感器独特的电路设计和传感器结构，使其测量可以不受传感器挂料影响，无需定期清洁；挂料影响，无需定期清洁；免维护：免维护：无可动部件，无需维护；无可动部件，无需维护；适应性强：适应性强：可测量液位及料位，温度：可测量液位及料位，温度：-100 800；压力从压力从真空到真空到5MPa；可应用于腐蚀、冲击场合；可应用于腐蚀、冲击场合；稳定可靠：稳定可靠：不受测量环境变化影响，稳定性高，使用寿命长。不受测量环境变化影响，稳定性高，使用寿命长。UDZ-01S、-02S、03S型型 双色电接点液位计双色电接点液位计 电接点液位计电接点液位计UZYK系列音叉物位控制器系列音叉物位控制器
