任务三固体或液体的物位测量（ppt65）

任务三： 固体或液体的物位测量 3.2 电容式传感器的工作原理、测量电路 3.3 电容式传感器用于固体或液体的物位测量 3.1 概述 3.1 概述 物位测量： 液位气体和液体间的分界面。 界位两种不同液体间的接触面；液体与固体间的 接触面。 料位气体与固体颗粒或粉末的分界面。 物位测量的目的在于要正确的测知容器或设备中存储物 质的容量或质量。这不仅是物料消耗或产量计量的参数，也 是保证连续生产和设备安全的重要参数。 测量液位、界位或料位的仪表称为物位测量仪表又称物 位计，进而又分：液位计、界位计和料位计。这些仪表由于 其测量的对象不同，且应用的工况亦不同，因此其原理、结 构和使用方法亦不相同。本任务仅对常用的电容式传感器及 测量仪表进行介绍。 玻璃管液位计 浮标液位计 浮筒液位计 法兰式物位计 电容式物位计 射线料位计 超声波物位计 雷达物位计 磁致伸缩物位计 光纤物位计 重锤物位计 3.2.1 电容式传感器的工作原理 由绝缘介质分开的两个平行金属板组成的平板电容器，如 果不考虑边缘效应，其电容量为 3.2 电容式传感器的工作原理、测量电路 当被测参数变化使得S、 d或发生变化时， 电容 量C也随之变化。 如果保持其中两个参数不变，而仅改变其中一个 参数， 就可把该参数的变化转换为电容量的变化，通 过测量电路就可转换为电量输出。 电容式传感器可分为变极距型、 变面积型和变介 电常数型三种。 电容式传感元件的各种结构形式 1、变间隙型电容传感器 图3.1 变间隙式电容式传感器 当传感器的r和S为常数，初始极距为d0时，由式（3-1）可 知其初始电容量C0为 若电容器极板间距离由初始值d0缩小了d，电容量增大了 C，则有 在式中，若d/d0C2时 差动脉冲调宽电路各点电压波形图差动脉冲调宽电路各点电压波形图 当C1=C2时当C1C2时 UUAP AP、 、UUBP BP A A点和点和B B点的矩形脉冲的直流分量；点的矩形脉冲的直流分量； T T1 1 、 T T 2 2 分别为分别为 C C1 1 和和 C C2 2 的充电时间；的充电时间； UU 1 1 触发器输出的高电位。触发器输出的高电位。 设设R R 1 1 R R 2 2 R R，则则: : UU 1 1 触发器输出的高电位。触发器输出的高电位。 说明差动脉冲调制电路输出的说明差动脉冲调制电路输出的直流电压与传直流电压与传 感器两电容差值成正比感器两电容差值成正比。 UU 1 1 触发器输出的高电位。触发器输出的高电位。 对于差动式变极距型电容传感器：对于差动式变极距型电容传感器： UU 1 1 触发器输出的高电位。触发器输出的高电位。 差动脉冲调宽电路能适用于差动脉冲调宽电路能适用于任何差动式电容传感器，并具有任何差动式电容传感器，并具有 理论上的线性特性理论上的线性特性。该电路采用直流电源，电压稳定度高，。该电路采用直流电源，电压稳定度高， 不存在稳频、波形纯度的要求，也不需要相敏检波与解调等不存在稳频、波形纯度的要求，也不需要相敏检波与解调等 ；对元件无线性要求；经低通滤波器可输出较大的直流电压；对元件无线性要求；经低通滤波器可输出较大的直流电压 ，对输出矩形波的纯度要求也不高。，对输出矩形波的纯度要求也不高。 3.2. 电容式传感器用于 固体或液体的物位测量 1 1、电容式液位计、电容式液位计 电容式液位计利用液位高低变化影响电容器电容量大小的原理电容式液位计利用液位高低变化影响电容器电容量大小的原理 进行测量。依此原理还可进行其它形式的物位测量。对进行测量。依此原理还可进行其它形式的物位测量。对导电介导电介 质质和和非导电介质非导电介质都能测量，此外还能测量有倾斜晃动及高速运都能测量，此外还能测量有倾斜晃动及高速运 动的容器的液位。不仅可作液位控制器，还能用于连续测量。动的容器的液位。不仅可作液位控制器，还能用于连续测量。 (1)(1)安装形式安装形式 电容式液位计的安装形式因被测介电容式液位计的安装形式因被测介 质性质不同而有差别质性质不同而有差别. . 右图为用来测量右图为用来测量导电介质导电介质的单电极的单电极 电容液位计，它只用一根电极作为电容电容液位计，它只用一根电极作为电容 器的内电极，一般用紫铜或不锈钢，外器的内电极，一般用紫铜或不锈钢，外 套聚四氟乙烯塑料管或涂搪瓷作为绝缘套聚四氟乙烯塑料管或涂搪瓷作为绝缘 层，而层，而导电液体导电液体和和容器壁容器壁构成电容器的构成电容器的 外电极。外电极。 1-1-内电极；内电极；2-2-绝缘套绝缘套 右图为用于测量右图为用于测量非导电介质非导电介质的同的同 轴双层电极电容式液位计。轴双层电极电容式液位计。内电内电 极极和和与之绝缘的同轴金属套与之绝缘的同轴金属套组成组成 电容的两极，外电极上开有很多电容的两极，外电极上开有很多 流通孔使液体流入极板间。流通孔使液体流入极板间。 1 1、2-2-内、外电极；内、外电极； 3-3-绝缘套；绝缘套； 4-4-流通孔流通孔 (1)(1)安装形式安装形式 以上介绍的两种是最一般的安装方法，在有些特殊场合还有其它以上介绍的两种是最一般的安装方法，在有些特殊场合还有其它 特殊安装形式，如特殊安装形式，如大直径容器或介电系数较小的介质，为增大测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容器壁构成电容器的两极；在测大型容器或非导电容器内装非导；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；电介质时，可用两根不同轴的圆筒电极平行安装构成电容； 在测在测极低温度极低温度下的液态气体时，一个电容灵敏度太低。可取下的液态气体时，一个电容灵敏度太低。可取同轴同轴 多层电极结构多层电极结构，把，把奇数层奇数层和和偶数层偶数层的圆筒分别连接在一起成为两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组电极，变成相当于多个电容并联并联，以增加灵敏度。，以增加灵敏度。 1 1、电容式液位计、电容式液位计 (1) 非导电导电 固体料位 内电电极不锈钢锈钢 金属棒； 外电电极金属容器壁。 x 固体介质质介电电常数； R容器壁内径； 返回 2 2、电容式料位计、电容式料位计 (2) 导电导电 固体料位 内电电极加绝缘绝缘 套管， 原理同导电导电 液位。 同理，可测导电测导电 和非导电导电 以及两 介电电常数不同的非导电导电 液体界位。 返回 2 2、电容式料位计、电容式料位计 射频导纳频导纳 技术术是一种能消除挂料影响、可靠准确、使用 更广的液位测测量技术术。 适用于导电导电 高粘度介质质物位测测量。 射频导纳频导纳 ：用高频电频电 源测测量系统导纳统导纳 。 以导纳变导纳变 化反映液位变变化。 物料横截面积积挂料层层横截面积积 且具有导电导电 性，则则物料电电阻可略。 物料作为电为电 容一个 极板，物位以下电电容 变变化量仍可示为为： 测电容 测复数阻抗 排除挂料 返回 3 3、射频导纳物位计、射频导纳物位计 挂料层电层电 阻不能忽略。等效为为： 由无穷穷多个无穷穷小的电电容和电电阻组组成的传输线传输线 。 据电电化学实验实验 ：导电导电 挂料足够长够长 ，挂料和电电极形成的 以绝缘层为绝缘层为 介质质的电电容容抗XC挂与挂料电电阻R数值值相等。 即 测测得电电容为为： C真实实物位的电电容； C挂导电导电 挂料所表现现的电电容。 由射频导纳频导纳 原理，导电导电 挂料电电阻R含挂料电电容，测测得C挂 则则 C= Cx-C挂 ，得 C可知