2016传感器及应用（电类_劳动版）课件模块六_液位的测量

2019/3/18,2019/3/18,模块六 液位的测量,储积的液体与上面的空气或其他气体的分界面统称为液位，用来测量液位的仪表称为液位计。液位测量是利用液位传感器将非电量的液位参数转换为便于测量的电量信号，通过电信号的计算和处理，可以确定液位的高低。 液位检测在现代工业生产过程中具有重要地位。一方面通过液位检测可确定容器里的原料、半成品或成品的数量；另一方面是通过检测，连续监视或调节容器内流入和流出液体的平衡。 物位检测方法有直读法、浮力法、静压法、电容法、核辐射法、超声波法以及激光法、微波法等。,2019/3/18,模块六 液位的测量,课题一 液位传感器 课题二 电容式液位传感器 课题三 超声波液位传感器,2019/3/18,任务导入,在野外水位自动测量中， 尤其是汛期雨水量大时，水库工作人员随时要监测水位信息，以便控制水位在警戒线以下，此时水库水位准确，可靠的测量是十分重要的。选择合适的液位计事关水库水位测量的准确度。,课题一 位移传感器,2019/3/18,浮子液位计原理简单、误差来源少,为水利部门常用水位测量仪器, 适用于集水面积 较大的水库水位观测。 浮子液位计的工作原理是什么？其结构、特点如何？这就是我们本课题的任务目标。,2019/3/18, 知识点 学习液位传感器的基本工作原理 掌握液位传感器的基本测量方法 技能点 掌握液位传感器的一般测量方法,2019/3/18,相关知识,一、液位传感器,2019/3/18,浮力式液位检测的基本原理是通过测量漂浮于被测液面上的浮子(也称浮标)随液面变化而产生的位移来检测液位；或利用沉浸在被测液体中的浮筒(也称沉筒)所受的浮力与液面位置的关系来检测液位。前者一般称为恒浮力式检测（或浮子式）后者一般称为变浮力式检测。,2019/3/18,2019/3/18,二、恒浮力式浮子液位计,1.浮标；2.磁铁； 3.铁芯；4.导轮； 5.非导磁管； 6.浮球；7.连杆； 8.转动轴；9.称锤 1 0.杠杆,将浮子用绳索连接并悬挂在滑轮上，绳索的另一端挂有平衡重锤。浮子所受重力和浮力之差与平衡重锤的重力相平衡，使浮子漂浮在液面上。液面稳定后，浮子所受浮力不变。,2019/3/18,三、变浮力式浮子液位计,变浮力式液位测量是利用浮筒实现液位检测的。浮筒浸没在液体中，液面高度不同所受的浮力不同，以此来检测液位的变化。 将空心金属浮筒挂在弹簧上，弹簧的另一端固定。弹簧因浮筒的浮力被 压缩。当液面变化时，浮筒的浮力改变，浮筒的浮力、重力和弹簧的弹力达到平衡时，浮筒停止移动。,2019/3/18,式中x0 弹簧由于浮筒重力 被压缩时弹簧长度 C 弹簧的刚度 浸没浮筒的液体 密度,由上式可知，当液位变化时，液位高度H与浮筒位移变化量x成正比关系。因此变浮力物位检测方法实质上就是将液位转换成敏感元件浮筒的位移变化。,2019/3/18,除此之外，还可以将浮筒所受到力通过扭力管达到力矩平衡，把浮筒的位移变成扭力管的角位移，进一步用其他转换元件转换为电信号，构成一个完整的液压计。 浮筒式液压计应用广泛，结构简单，性能可靠不仅能检测液位，而且还能检测液体分界面。应用于水利、污水处理、 制水行业、循环水工艺、 其它工艺过程。,2019/3/18,任务实施 ,在本课题野外水位自动检测中，被测介质清晰干净、不混浊，环境温度变化不大，可以采用浮子式液位计进行测量。电缆式浮球液位开关是水利部门常用水位测量仪器， 它基于浮子式液位测量原理。它的结构是注塑一体成型，结构坚固，价格低，寿命长。安装简单，安全可靠，无毒环保，免维护。,2019/3/18,1. 电缆式浮球结构尺寸,2019/3/18,2、技术参数,测量精度 5mm（绝对误差） 测量范围 06000mm 工作压力 1.6,2.5,4.0,6.4,10.0,16.OMPa 工作温度 120 介质密度 0.45g/cm3(介质压力6.4MPa), 0.70g/cm3(介质压力10.OMPa) 介质粘度 1S（10-4m2/s）,2019/3/18,3、测量安装说明,浮球动作长度“ a ”必须小于槽壁与电缆之间距离“ A ”否则容易造成动作不正确。浮球控制之最低水位“ d ”必须大于泵的最低水位“” , 以保护马达。,2019/3/18,4、电缆式浮球液位开关的优点 1.有双室和一个运动保护层使浮球绝对密封; 2.通过调整重块位置来调整开关点; 3.非毒性材料及非水银微动开关，可用 于饮用水行业; 4.外壳采用工程塑料，机械强度高; 5.结构简单，使用方便，性价比高。,2019/3/18,任务导入,汽车油箱的油量多少关系可持续行车的里程，是驾驶员需要知道的重要参数。我们可以从汽车的仪表盘的油量指示表读出油箱油量，那么油量是如何测量的呢？,课题二 电容式液位传感器,2019/3/18,大多数车辆选择电容式液位计进行测量。而电容式液位计工作原理是什么？其结构、特点如何？指示表是如何准确、及时的反映油箱油量的变化呢？这就是我们本课题的任务目标。,2019/3/18, 知识点 学习电容式液位计的工作原理 了解电容式液位计的性能特点及其适用场合 技能点 掌握电容式液位计的使用、测量方法,2019/3/18,相关知识,一、电容式液位传感器工作原理,2019/3/18,电容式液位计是利用被测介质面的变化引起电容变化的一种变介质型电容传感器。检测非导电介质的电容液位计，当被测液面高度变化时，两同轴电极间的介电常数将随之发生变化，从而引起电容量的变化。,2019/3/18,二、 电容式液位传感器测量电路,电容式液位传感器由于受本身结构尺寸及测量对象的介电系数等限制，电容量通常不大，液位变化引起的电容变化值更小，往往只有几个皮法到几百皮法。因此要准确而无干扰地测量这些电容及其变化值，必须正确设计测量线路。,2019/3/18,三、电容式液位传感器的特点,1、 性能参数 温度范围：201000； 压力范围：50MPa以下； 测量范围：02.0m； 精度：0.12。 2、 应用范围 限位点设置的控制和报警； 连续测量液位及储量； 用于各种同性质的液体及固体散粒； 用于易燃易爆区。,2019/3/18,四、电容式液位传感器类型、结构,（1）缆式 适用于各种导电水溶液的液位测量。如开口容器、小口容器、深井、狭缝等场合。 （2 ）杆式 适用于粘度不大、不易结垢的酸、碱、盐的水溶液等导电介质的液位测量。如开口或有压容器。探杆外覆聚四氟乙烯材料，耐强腐和耐高温。 （3 ）筒式 适用于粘度不大的非导电介质的液位测量。如开口或有压容器。探杆内外电极采用不锈钢管。 （4 ）绝缘筒式 适用于测量各种对不锈钢无腐蚀作用的导电、非导电、半导电介质的液位。内电极为不锈钢外覆聚四氟乙烯材料制成，外电极为不锈钢制成。 （5 ）双杆式 适用于强腐蚀性介质，要求介质的电导率 10-3s/m 。 （6 ）裸杆式 适用于非导电介质，如粉、料、粒。,1、传感器类型,2019/3/18,2、外型结构,2019/3/18,五、电容式液位传感器安装方法,安装方式除双杆式之外，均可选择螺纹、法兰或支架三种安装方式。,2019/3/18,任务实施,油箱油量检测系统如图所示。它由电容式液位传感器、电阻一电容电桥、放大器、两相电机、减速器及显示装置等组成。电容式液位传感器作为电桥的一个臂，Co为标准电容器，R1和R2为标准电阻，RP为调整电桥平衡的电位器，它的转轴与显示装置同轴连接并经减速器由电机带动。,2019/3/18,课题三 超声波液位传感器,任务导入,在污水池的污水处理过程中，需要实时地在线监测各种参数以保证准确的工艺运行参数和及时显示处理结果。由于污水成分比较复杂，具有腐蚀性，因此常常选用超声波液位计进行液位测量。,2019/3/18,超声波液位传感器属于非接触测量，可以避免直接与污水接触，避免污水对传感器探头损坏，并且反应速度快。 智能超声波液位传感器可以带有总线接口，可以具有远传功能，也可以直接输送到PLC，具有即时显示的功能，还可以现场参数设置，操作简单、方便。而超声波液位计工作原理是什么？其结构、特点如何？这就是我们本课题的任务目标。,2019/3/18, 知识点 了解超声波式液位计的工作原理 了解超声波式液位计的性能特点及其适用场合 技能点 掌握超声波式液位计的使用、测量方法,2019/3/18,相关知识,一、超声波液位传感器工作原理及特点,2019/3/18,超声波液位传感器是利用超声波在气体、液体和固体介质中传播的回声测距原理检测液位。 h=vt/2 超声波物位传感器根据测量介质不同分为气介式、液介式和固介式三类。根据工作原理分为单探头形式即探头(换能器)既发射又接收超声波；双探头形式发射和接收超声波各由一个探头承担。,2019/3/18,2019/3/18,二、超声波液位传感器结构,超声波探头也称为换能器，完成电声、声电的能量转换。 换能器的结构对电-声、声-电转换效率，传感器的作用距离及声束的方向性有较大影响 。,2019/3/18,图所示为声发射换能器和声接收换能器结构原理图。在图所示发射换能器的压电晶片1上粘一半球面音膜2，用螺钉和压环将音膜和晶片固定在外壳3上。音膜起改善辐射阻抗匹配，提高辐射功率的作用。接收换能器的压电晶片背面用弹簧5 压紧。,1.压电晶片； 2.音膜 ； 3.钳形外壳 ； 4. 引线； 5.弹簧,2019/3/18,三、超声波液位计安装注意事项,1 、变送器安装在无剧烈振动、波动、泡沫或强电磁干扰的场合为宜；2 、法兰、螺母安装时，优先采用 PVC 法兰或螺母且不要将变送器拧得过紧；3 、要确保探头底面与被测介质表面垂直；4 、变送器中心线与容器内壁或 进料口等干扰源有足够的水平间距 ( 安装高度 0.05 米 ) ；5、探头底面与物位零点 (4mA )之间的安装高度不大于 3m 的标称量程；6 、探头底面与物位满点 (20mA) 之间的垂直间距不小于 0.25m 的盲区距离；7、露天或野外采用垂吊方式安装时，尽量缩短悬挂部分的电缆长度，避免过度摆动；8、露天或野外安装时应加装雨阳罩。,2019/3/18,四、超声波液位传感器的选型原则,超声波变送器的测量能力取决于探头与被测量介质间的空气状况和反射面的反射能力。一般而言设备选型时应遵循以下原则： 1 、液位测量时的最大量程为液位量程的 50% ； 2 、反射面情况不确定或反射能力较弱时应选择量程大些的变送器； 3 、存在较高浓度的粉尘、蒸气或挥发性气体时应选择量程大些的变送器； 4、对存在易燃易爆等危险气体的应用场合应选择本安型产品。,2019/3/18,任务实施,城市污水中的大量杂物，在进水泵房前都设有粗隔栅除污机，在沉沙池上都要设有细隔栅除污机，污物的堵塞会使隔栅前后的水位差增加。可以选用由双探头超声波液位计来测量水位差。,2019/3/18,首先设定一个比较值。若液位传感器的输出值大于设定值，输出继电器接通，启动除污机，同时，仪表还可输出液位信号、液位差信号进行远传显示。 通过超声波液位计在污水处理厂实际工作中的应用，它比其他流量计性能更稳定，为城市污水处理厂的自动化运行和控制提供连续稳定的测量数据，保证了格栅、提升泵、污泥泵了良好的运行，确保了处理后的出水稳定达标。实践证明超声波流量计在污水处理中有很好的应用前景。,2019/3/18,知识链接,液位计的分类,按照测量方法可分为接触式和非接触式；按工作原理可分为直读法、浮力法、静压法、电容法、核辐射法、超声波法以及激光法、微波法等。,2019/3/18,液位计的种类很多，每一种传感器都有自己的特点和各自的测温范围及适用场所。 我们在组建液位测量系统时，可以根据测量范围、被测对象、测量精度及结构、功能、价格等方面，选择相应的液位计进行检测。,2019/3/18,液位的各种测量方法及特点,1.直读式就是应用最普通的玻璃液位计，它的特点是结构简单、价廉、直观，适于现场使用，易破损，内表面沾污，造成读数困难，不便于远传和调节。 2.浮力式液位计包括恒浮力式和变浮力式两类。 (1)恒浮力式液位计 恒浮力式液位计是依靠浮标或浮子浮在液体中随液面变化而升降，它的特点是结构简单、价格较低，适于各种贮罐的测量； (2)变浮力式液位计 变浮力式亦称沉筒式液位计，当液面不同时，沉筒浸泡于液体内的体积不同，因而所受浮力不同而产生位移，通过机械传动转换为角位移来测量液位。此类仪表能实现远传和自动调节。,2019/3/18,3.差压式液位计有气相和液相两个取压口。气相取压点处压力为设备内气相压力；液相取压点处压力除受气相压力作用外，还受液柱静压力的作用，液相和气相压力之差，就是液柱所产生的静压力。因此，通过计算就测得了液位。这类仪表包括气动、电动差压变送器及法兰式液位变送器，安装方便，容易实现远传和自动调节，工业上应用较多。,2019/3/18,4.电容式液位计是采用测量电容的变化来测量液面的高低的。它是一根金属棒插入盛液容器内，金属棒作为电容的一个极，容器壁作为电容的另一极。两电极间的介质即为液体及其上面