传感器原理及应用第16章 物位传感器.ppt

第第16章章 物位传感器物位传感器传感器原理及应用第16章 物位传感器 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望第第16章章 物位传感器物位传感器目录目录16.7 核辐射物位传感器核辐射物位传感器16.8 机械接触式物位传感器机械接触式物位传感器16.9 雷达物位传感器雷达物位传感器16.10 磁致伸缩式液位传感器磁致伸缩式液位传感器16.11 物位传感器的选用物位传感器的选用 传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第16章章 物位传感器物位传感器16.1 概述概述 16.1.1 物位的定义物位的定义物位是指设备或容器中液体或固体物料的表面位置物位是指设备或容器中液体或固体物料的表面位置 液位、料位和界面总称为液位、料位和界面总称为物位物位 16.1.2 物位检测的意义及目的物位检测的意义及目的一一是通过对液位或料位的检测来确定容器中的原料、是通过对液位或料位的检测来确定容器中的原料、产品或半成品的数量，以保证连续生产或进行经济核算；产品或半成品的数量，以保证连续生产或进行经济核算；二二是通过物位检测，了解物位是否在规定的范围之内，是通过物位检测，了解物位是否在规定的范围之内，这对确保产品质量和产量，实现安全、高效、正常生产这对确保产品质量和产量，实现安全、高效、正常生产具有重要意义具有重要意义 传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第16章章 物位传感器物位传感器16.1.3 物位检测仪表及其分类物位检测仪表及其分类用来检测液位的仪表称为用来检测液位的仪表称为液位检测仪液位检测仪表，检测固体料位的表，检测固体料位的仪表称为仪表称为料位检测仪表料位检测仪表，检测分界面的仪表称为，检测分界面的仪表称为界面界面检测仪表，检测仪表，统称为物位检测仪表，也即统称为物位检测仪表，也即物位计物位计 物位检测仪表按检测方式可分为物位检测仪表按检测方式可分为连续检测仪表和连续检测仪表和定点检测仪表定点检测仪表两大类。两大类。连续检测仪表连续检测仪表能连续检测物位的变化；能连续检测物位的变化；定点检测仪表定点检测仪表则只检测物位是否达到上限、下限则只检测物位是否达到上限、下限或某个特定位置，定点检测仪表又被称为或某个特定位置，定点检测仪表又被称为物位开关物位开关 传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第16章章 物位传感器物位传感器16.1.3 物位检测仪表及其分类物位检测仪表及其分类按工作原理可分为直读式、静压式、按工作原理可分为直读式、静压式、浮力式、机械接触式、电气式、声学式、浮力式、机械接触式、电气式、声学式、光学式及辐射式等光学式及辐射式等 直读式物位计直读式物位计 它是利用连通器原理，通过与被测容器连通的玻璃管它是利用连通器原理，通过与被测容器连通的玻璃管或玻璃板来直接显示容器内的液位高度或玻璃板来直接显示容器内的液位高度 静压式物位计静压式物位计 基于流体静力学原理，适用于液位检测基于流体静力学原理，适用于液位检测 传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第16章章 物位传感器物位传感器 静压式物位计静压式物位计 容器内的液面高度与液柱重量所形成的静压力容器内的液面高度与液柱重量所形成的静压力成比例关系，当被测介质的密度不变时，通过检测成比例关系，当被测介质的密度不变时，通过检测参考点的压力可知待测液位的高度。参考点的压力可知待测液位的高度。这类仪表有这类仪表有压力式、差压式和吹气式等压力式、差压式和吹气式等 浮力式物位计浮力式物位计 漂浮于液面上的浮子或浸没在液体中的浮筒，漂浮于液面上的浮子或浸没在液体中的浮筒，液面变化时其位置或所受浮力也会产生相应的变化，液面变化时其位置或所受浮力也会产生相应的变化，进而可检测液位进而可检测液位 这类仪表有这类仪表有恒浮力式的浮子式液位计恒浮力式的浮子式液位计和和变浮力式的浮筒式液位计变浮力式的浮筒式液位计等。等。传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第16章章 物位传感器物位传感器 机械接触式物位计机械接触式物位计 通过测量物位探头与物料面接触时的机械力通过测量物位探头与物料面接触时的机械力实现物位的测量。这类仪表有实现物位的测量。这类仪表有重锤式和音叉式重锤式和音叉式等。等。电气式物位计电气式物位计 将物位的变化转换为电量的变化，进而间接检测物位将物位的变化转换为电量的变化，进而间接检测物位。将电气式物位敏感元件置于被测介质中，将电气式物位敏感元件置于被测介质中，当物位变化时其电阻、电容或电感等电气参数当物位变化时其电阻、电容或电感等电气参数也将随之改变，通过检测这些电量的变化可知也将随之改变，通过检测这些电量的变化可知物位高度。物位高度。可用于液位检测，料位检测，界面的检测。可用于液位检测，料位检测，界面的检测。传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第16章章 物位传感器物位传感器 声学式物位计声学式物位计 利用超声波在介质中的传播速度及在不同相界面利用超声波在介质中的传播速度及在不同相界面之间的反射特性来检测物位的。之间的反射特性来检测物位的。分为气介式、液介式和固介式三种，分为气介式、液介式和固介式三种，气介式可检测液位和料位；气介式可检测液位和料位；液介式可检测液位和液液介式可检测液位和液-液相界面；液相界面；固介式只能检测液位固介式只能检测液位 光学式物位计光学式物位计 利用物位对光波的遮断和反射原理来检测物位的。利用物位对光波的遮断和反射原理来检测物位的。主要有激光式物位计，可用于液位和料位检测。主要有激光式物位计，可用于液位和料位检测。传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第16章章 物位传感器物位传感器 辐射式物位计辐射式物位计 放射性同位素所放出的射线放射性同位素所放出的射线(如如射线、射线、射线等射线等)穿过被测介质穿过被测介质(液体或固体颗粒液体或固体颗粒)时，因被吸收而减弱，时，因被吸收而减弱，其衰减的程度与被测介质的厚度其衰减的程度与被测介质的厚度(物位物位)有关，有关，利用这种方法可实现液位或料位的非接触式检测利用这种方法可实现液位或料位的非接触式检测 除此之外，物位检测仪表还有除此之外，物位检测仪表还有微波式、称重式、微波式、称重式、磁滞伸缩式磁滞伸缩式等多种类型等多种类型 传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第16章章 物位传感器物位传感器16.2 直读式液位计直读式液位计 12341234敞口容器的液位检测敞口容器的液位检测 密闭容器的液位检测密闭容器的液位检测 1-容器；容器；2-待测液体；待测液体；3-玻璃管；玻璃管；4-阀门阀门通过与容器连通的玻璃管或玻璃板来通过与容器连通的玻璃管或玻璃板来直接显示容器内的液位高度。直接显示容器内的液位高度。基于连通器原理而工作的基于连通器原理而工作的 传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第16章章 物位传感器物位传感器16.3 静压式液位计静压式液位计16.3.1 检测原理检测原理HAB通过检测液柱静压的方法来通过检测液柱静压的方法来测量液位的测量液位的 这就把液位的检测转化为压力差或压力的检测，这就把液位的检测转化为压力差或压力的检测，这样，只要选择合适的差压或压力检测仪表这样，只要选择合适的差压或压力检测仪表即可实现对液位的检测。即可实现对液位的检测。传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第16章章 物位传感器物位传感器16.3.2 压力式液位计压力式液位计 基于测压仪表所测压力与液位高度成正比而测量液位的基于测压仪表所测压力与液位高度成正比而测量液位的 主要用于敞口容器的液位测量主要用于敞口容器的液位测量 16.3.2.1 普通型压力计式液位计普通型压力计式液位计压力计零液位H测压仪表测压仪表(压力表、传感器或压力变送器等压力表、传感器或压力变送器等)通过引压导管通过引压导管与容器底部零液位处相连，由测压仪表的指示或输出信号与容器底部零液位处相连，由测压仪表的指示或输出信号的大小便可知液位的高度。的大小便可知液位的高度。若需要信号远传，则可以采用传感器或变送器若需要信号远传，则可以采用传感器或变送器 传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第16章章 物位传感器物位传感器16.3.2.2 法兰式压力液位计法兰式压力液位计压力计零 液位H法兰毛 细管压力计通过法兰安装于容器底部，作为敏感元件的金属压力计通过法兰安装于容器底部，作为敏感元件的金属感压膜盒安装在法兰中，并经毛细管与压力计感压膜盒安装在法兰中，并经毛细管与压力计（如变送器等）的测量室相连。（如变送器等）的测量室相连。测量粘稠、易结晶、易凝固或含有颗粒的液体液位测量粘稠、易结晶、易凝固或含有颗粒的液体液位 传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第16章章 物位传感器物位传感器16.3.2.3 投入式液位计投入式液位计H大 气压通 气 电缆投入式液位计投入式液位计实际上就是差压变送器投入式液位计实际上就是差压变送器 传感器多采用压电材料传感器多采用压电材料 通气电缆将大气压力引入到传感器通气电缆将大气压力引入到传感器 它的突出优点是安装使用方便，只需将量程合适的它的突出优点是安装使用方便，只需将量程合适的投入式液位计从敞口容器顶部投入到液体中，投入式液位计从敞口容器顶部投入到液体中，并经零点调整、量程调整和电缆固定即可并经零点调整、量程调整和电缆固定即可 传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第16章章 物位传感器物位传感器投入式液位计不适合含泥沙等杂质较多的投入式液位计不适合含泥沙等杂质较多的液体液位测量，因为杂质可能会将导压孔堵塞，液体液位测量，因为杂质可能会将导压孔堵塞，严重的还可能会使其无法正常工作。严重的还可能会使其无法正常工作。对于这类液体，可选择超声波液位计等来测量对于这类液体，可选择超声波液位计等来测量 16.3.2.3 投入式液位计投入式液位计传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第16章章 物位传感器物位传感器16.3.3 差压式液位计差压式液位计在测量密闭容器中的液位高度时，如果被测液面上部的在测量密闭容器中的液位高度时，如果被测液面上部的气相压力与大气压力不等气相压力与大气压力不等 此时应采用差压式液位计。此时应采用差压式液位计。分为普通型差压式液位计和法兰式差压液位计两种。分为普通型差压式液位计和法兰式差压液位计两种。16.3.3.1 普通型差压式液位计普通型差压式液位计 系统结构及工作原理系统结构及工作原理 123416H561-容器；容器；2-被测液体；被测液体；3-阀门阀门 4-差压变送器；差压变送器；5-正压室正压室 6-负压室；负压室；16-导压管导压管 传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第16章章 物位传感器物位传感器16.3.3.1 普通型差压式液位计普通型差压式液位计对于差压变送器与容器底部的取压点对于差压变送器与容器底部的取压点在同一水平线的情况，差压变送器的正压室所感受的在同一水平线的情况，差压变送器的正压室所感受的压力为压力为正、负压室的压力差正、负压室的压力差P为为传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第16章章 物位传感器物位传感器 实际应用举例实际应用举例 差压变送器显示、记录、控制仪双室平衡容器汽包pI1配电器双室平衡容器与双室平衡容器与DDZ-型差压变送器配套的型差压变送器配套的汽包液位测量系统汽包液位测量系统 双室平衡容器用来把被测液位高度双室平衡容器用来把被测液位高度H转换成转换成差压信号差压信号p；差压变送器将此差压信号线性地；差压变送器将此差压信号线性地转换成转换成420mA DC信号；信号；然后供显示、记录或控制之用然后供显示、记录或控制之用 传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第16章章 物位传感器物位传感器16.3.3.2 法兰式差压液位计法兰式差压液位计当测量具有腐蚀性或含有结晶颗粒，以及粘度大、当测量具有腐蚀性或含有结晶颗粒，以及粘度大、易凝固等介质的液位时，为避免引压导管腐蚀或易凝固等介质的液位时，为避免引压导管腐蚀或堵塞问题的发生，可以采用法兰式差压液位计堵塞问题的发生，可以采用法兰式差压液位计 差压变送器零 液位H法兰毛 细管 传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第16章章 物位传感器物位传感器16.3.5 静压式液位计的选用静压式液位计的选用16.3.5.1 选型选型16.3.5.2 安装安装传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第16章章 物位传感器物位传感器16.4 浮力式液位计浮力式液位计16.4.1 浮子式液位计浮子式液位计利用漂浮于被测利用漂浮于被测液面上液面上的浮子的位置的浮子的位置随液面变化而变化随液面变化而变化或或利用沉浸在被测利用沉浸在被测液体中液体中的浮筒所受的浮力的浮筒所受的浮力随液面位置的变化而变化来检测液位的。随液面位置的变化而变化来检测液位的。传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第16章章 物位传感器物位传感器16.4 浮力式液位计浮力式液位计16.4.1 浮子式液位计浮子式液位计当液位变化时，当液位变化时，前者产生相应的位移，而所受到的浮力前者产生相应的位移，而所受到的浮力则维持不变，称为则维持不变，称为恒浮力式液位计恒浮力式液位计，分为分为浮子重锤式浮子重锤式、舌簧管式和磁翻板式舌簧管式和磁翻板式等等 后者则在液位变化时所受浮力也发生相应的变化，后者则在液位变化时所受浮力也发生相应的变化，称为称为变浮力式液位计变浮力式液位计，也称为，也称为浮筒式液位计浮筒式液位计 传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第16章章 物位传感器物位传感器16.4.1.1 浮子漂浮原理浮子漂浮原理通过浮子把液位的变化转换成机械位移的变化通过浮子把液位的变化转换成机械位移的变化 16.4.1.2 重锤式浮子液位计重锤式浮子液位计100%0%123100%0%4561689敞口容器的重锤式浮子液位计敞口容器的重锤式浮子液位计 密闭容器的重锤式浮子液位计密闭容器的重锤式浮子液位计 1-浮球；浮球；2-滑轮；滑轮；3-重锤；重锤；4-浮子；浮子；5-磁铁磁铁 6-导轮；导轮；16-铁芯；铁芯；8-非导磁管；非导磁管；9-刻度刻度 传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第16章章 物位传感器物位传感器16.4.1.3 舌簧管式液位计舌簧管式液位计1-不锈钢管；不锈钢管；2-条形绝缘板；条形绝缘板；3-舌簧管舌簧管 4-固定电阻；固定电阻；5-浮子；浮子；6-环形永磁体环形永磁体 随着液位的变化，不同舌簧管的导通使电路随着液位的变化，不同舌簧管的导通使电路输出与液位相对应的电阻信号。输出与液位相对应的电阻信号。传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第16章章 物位传感器物位传感器16.4.1.4 磁翻转式液位计磁翻转式液位计磁翻板液位计磁翻板液位计 磁滚柱液位计磁滚柱液位计 1-内装磁铁浮子；内装磁铁浮子；2-磁翻板或磁滚柱；磁翻板或磁滚柱；3-磁翻板；磁翻板；4-磁滚柱磁滚柱 当浮子随着液位的升高而在翻板旁经过时，当浮子随着液位的升高而在翻板旁经过时，浮子上的磁铁就会迫使翻板转向，使液面下方翻板的浮子上的磁铁就会迫使翻板转向，使液面下方翻板的红色朝外，上方翻板的白色仍朝外，红色朝外，上方翻板的白色仍朝外，观察起来色彩分明、显示直观。观察起来色彩分明、显示直观。传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第16章章 物位传感器物位传感器磁滚柱液位计磁滚柱液位计 将上述磁翻板改用有水平轴的小柱（可以是圆柱，将上述磁翻板改用有水平轴的小柱（可以是圆柱，也可以是六角柱）代替，小柱的一侧涂红色，也可以是六角柱）代替，小柱的一侧涂红色，另一侧涂白色，也附有小磁铁，另一侧涂白色，也附有小磁铁，其显示原理与磁翻板液位计类似。其显示原理与磁翻板液位计类似。传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第16章章 物位传感器物位传感器16.4.1.5 浮球式液位开关浮球式液位开关电缆触点浮浮球球液位低于下限时的状态液位低于下限时的状态 液位正常时的状态液位正常时的状态 液位高于上限时的状态液位高于上限时的状态 液位低于下限时，可动电极与下限固定电极接触，液位低于下限时，可动电极与下限固定电极接触，输出下限接点信号输出下限接点信号 液位处于正常范围时，可动电极不与任何固定电极接触，液位处于正常范围时，可动电极不与任何固定电极接触，上、下限接点均为断开状态上、下限接点均为断开状态 液位高于上限时，可动电极与上限固定电极接触，液位高于上限时，可动电极与上限固定电极接触，输出上限接点信号输出上限接点信号 传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第16章章 物位传感器物位传感器16.4.2 浮筒式液位计浮筒式液位计 差动变压器差动变压器弹簧弹簧H0HxH0+Hx 液位为液位为H的初始状态的初始状态 液位升高液位升高H时的状态时的状态弹簧的变形与液位变化成比例关系弹簧的变形与液位变化成比例关系 通过检测弹簧的变形即浮筒的位移，可求出相应液位高度通过检测弹簧的变形即浮筒的位移，可求出相应液位高度 传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第16章章 物位传感器物位传感器16.4.3 浮力式液位计的选用浮力式液位计的选用16.4.3.1 浮子式液位计浮子式液位计16.4.3.2 浮筒式液位计浮筒式液位计传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第16章章 物位传感器物位传感器16.5 电气式物位计电气式物位计将物位的变化转换为电量的变化，将物位的变化转换为电量的变化，进而间接测量物位的仪表。进而间接测量物位的仪表。根据电量参数的不同，根据电量参数的不同，分为分为电容式、电阻式和电感式电容式、电阻式和电感式等等 16.5.1 电容式物位计电容式物位计以电容器作为敏感元件将被测物位（液位或料位）以电容器作为敏感元件将被测物位（液位或料位）变化转换为电容容量变化，然后再经信号调理电路变化转换为电容容量变化，然后再经信号调理电路处理后进行液位（料位）显示或记录的测量系统处理后进行液位（料位）显示或记录的测量系统 传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第16章章 物位传感器物位传感器16.5.1 电容式物位计电容式物位计C电电极极电电极极CLH12平行板电容传感器平行板电容传感器 圆筒型电容传感器圆筒型电容传感器 对于平行板电容传感器，如果不考虑边缘效应对于平行板电容传感器，如果不考虑边缘效应 其电容量为其电容量为 传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第16章章 物位传感器物位传感器16.5.1 电容式物位计电容式物位计显然，电容量显然，电容量 C 是是 S，和和d的函数。的函数。如果保持其中两个参数不变，只改变其中一个参数，如果保持其中两个参数不变，只改变其中一个参数，就可把该参数的变化转换为电容量的变化。就可把该参数的变化转换为电容量的变化。把电容式传感器分为把电容式传感器分为变极距型、变面积型和变极距型、变面积型和变介电常变介电常数型三类数型三类 变极距型变极距型电容式传感器的电容量电容式传感器的电容量C 与极板间距与极板间距d成双曲关系成双曲关系 用于测量微小位移用于测量微小位移 变面积型变面积型电容传感器有线位移和角位移两种电容传感器有线位移和角位移两种 变介电常数型变介电常数型电容传感器的电容量电容传感器的电容量C与被测介质与被测介质的介电常数和厚度有关，如果已知材料的介电常数，的介电常数和厚度有关，如果已知材料的介电常数，可以制成测厚仪、液位（料位）计可以制成测厚仪、液位（料位）计 传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第16章章 物位传感器物位传感器16.5.1 电容式物位计电容式物位计对于圆筒型电容传感器对于圆筒型电容传感器 其电容量为其电容量为 当圆筒形电容器的几何尺寸当圆筒形电容器的几何尺寸L，r1和和r2保持不变，保持不变，且介电常数也不变时，传感器的输出电容量与且介电常数也不变时，传感器的输出电容量与物位高度成线性关系物位高度成线性关系 传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第16章章 物位传感器物位传感器16.5.1.1 电容式液位计电容式液位计12Cx电极绝 缘 材料LH2r12r22r2LH2r212Cx电电极极2r1液位为液位为H时电容量的变化量为时电容量的变化量为 电容变化量与液位高度成正比，测出电容变化量，电容变化量与液位高度成正比，测出电容变化量，即可计算出液位高度即可计算出液位高度 传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第16章章 物位传感器物位传感器16.5.1.2 电容式料位计电容式料位计16.5.1.3 电容式物位计的选型电容式物位计的选型传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第16章章 物位传感器物位传感器16.5.2 射频导纳物位计射频导纳物位计采用采用100kHz的射频电源，测量阻抗的倒数的射频电源，测量阻抗的倒数导纳导纳 被测物位为零时，高频正弦振荡器输出被测物位为零时，高频正弦振荡器输出100kHz射频电源射频电源加在由电感和电容组成的电桥上，通过电桥的零位和加在由电感和电容组成的电桥上，通过电桥的零位和相位平衡调整，使电桥达到平衡状态，相位平衡调整，使电桥达到平衡状态，送给解调器的电压为零送给解调器的电压为零 随着被测物位的上升，传感器的电容量将逐渐增大，随着被测物位的上升，传感器的电容量将逐渐增大，电桥失去平衡，送给解调器的电压增大，电桥输出的电桥失去平衡，送给解调器的电压增大，电桥输出的不平衡电压经解调和放大等处理后，转换为与不平衡电压经解调和放大等处理后，转换为与被测物位高度相对应的被测物位高度相对应的420mA标准电流信号输出，标准电流信号输出，可供显示、记录或控制之用可供显示、记录或控制之用 传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第16章章 物位传感器物位传感器16.5.3 电极式液位计电极式液位计16.5.3.1 测量原理测量原理测量筒显示仪表汽包电接点汽包电接点水位计系统原理电接点水位计系统原理 饱和蒸汽与炉水中的导电介质含量差别很大饱和蒸汽与炉水中的导电介质含量差别很大 炉水的导电能力要比饱和蒸汽大得多炉水的导电能力要比饱和蒸汽大得多 传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第16章章 物位传感器物位传感器锅炉汽包水位测量锅炉汽包水位测量 测量时，浸没在炉水中的电接点通过水与测量时，浸没在炉水中的电接点通过水与测量筒构成回路，在电路中呈低阻状态，测量筒构成回路，在电路中呈低阻状态，使显示仪表中对应的显示器发光（或发绿光），使显示仪表中对应的显示器发光（或发绿光），表示有水的状态表示有水的状态 浸没在蒸汽中的电接点则由于蒸汽的电阻率很大，浸没在蒸汽中的电接点则由于蒸汽的电阻率很大，在电路中呈高阻（相当于断路）状态，在电路中呈高阻（相当于断路）状态，对应的显示器不亮（或发红光）对应的显示器不亮（或发红光）通过观察显示器的发光状态，即可了解水位的高低，通过观察显示器的发光状态，即可了解水位的高低，也可进行水位上、下限声光报警。也可进行水位上、下限声光报警。传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第16章章 物位传感器物位传感器16.5.3.2 电接点水位传感器的结构电接点水位传感器的结构1-电极芯；电极芯；2-瓷封件；瓷封件；3-绝缘子；绝缘子；4-固定螺栓；固定螺栓；5-芯杆绝缘套管芯杆绝缘套管16.5.3.3 电接点水位计的显示仪表电接点水位计的显示仪表红、绿双色显示电路红、绿双色显示电路 双色显示是用红、绿两种双色显示是用红、绿两种颜色的灯光以光柱的形式颜色的灯光以光柱的形式表示水位的高低，表示水位的高低，红色表示蒸汽，红色表示蒸汽，绿色表示水绿色表示水 传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第16章章 物位传感器物位传感器当电接点处在水中时，回路接通，当电接点处在水中时，回路接通，在在R1上产生一交流电压，经二极管上产生一交流电压，经二极管V1半波整流、半波整流、电容电容C1滤波和电阻滤波和电阻R2、R3分压后，分压后，加到晶体管加到晶体管V2的基极，使的基极，使V2导通，导通，射极电阻射极电阻R4上产生的压降驱动上产生的压降驱动V4导通，导通，绿灯亮；绿灯亮；V5基极为低电位而截止，红灯灭。基极为低电位而截止，红灯灭。当电接点处于蒸汽中时，相当于电路断开，当电接点处于蒸汽中时，相当于电路断开，Rl上无压降，即上无压降，即V2、V4截止，截止，V5导通，导通，这时绿灯灭，红灯亮。这时绿灯灭，红灯亮。双色显示仪表双色显示仪表 传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第16章章 物位传感器物位传感器16.5.4 热电偶式液位计热电偶式液位计对于具有一定温度的液体和金属熔融体（如钢水、铁水），对于具有一定温度的液体和金属熔融体（如钢水、铁水），在高温液体与其上方空气的相界面处，温度场往往在高温液体与其上方空气的相界面处，温度场往往会发生剧烈变化，即温度梯度比较大。会发生剧烈变化，即温度梯度比较大。通过测量温度来间接测量液位，通过测量温度来间接测量液位，也可进行液位超限报警。也可进行液位超限报警。例如连铸结晶器内钢水的液位，例如连铸结晶器内钢水的液位，可采用热电偶式液位计进行测量。可采用热电偶式液位计进行测量。传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第16章章 物位传感器物位传感器16.5.4 热电偶式液位计热电偶式液位计热电偶编号温度123456168910111213凝固金属容 器壁123456168910111213热 电偶热电偶安装示意图热电偶安装示意图 温度分布曲线温度分布曲线 液面上下附近的容器壁温度会发生急剧变化，液面上下附近的容器壁温度会发生急剧变化，根据温度发生突变的位置，即可得出高温液体的液位高度。根据温度发生突变的位置，即可得出高温液体的液位高度。传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第16章章 物位传感器物位传感器16.6 超声波物位计超声波物位计声波是一种能在气体、液体和固体中传播的机械波，声波是一种能在气体、液体和固体中传播的机械波，它按频率不同可分为次声波、声波和超声波等它按频率不同可分为次声波、声波和超声波等 物位检测中常用超声波的工作频率范围为物位检测中常用超声波的工作频率范围为0.2520MHz 超声波超声波在介质中传播时方向性好、能量损失小等特点。在介质中传播时方向性好、能量损失小等特点。在气体、液体及固体中传播时，具有一定的传播速度，在气体、液体及固体中传播时，具有一定的传播速度，在穿过两种不同介质的分界面时会产生反射和折射，在穿过两种不同介质的分界面时会产生反射和折射，对于声阻抗对于声阻抗(声速与介质密度的乘积声速与介质密度的乘积)差别较大的相界面，差别较大的相界面，几乎为全反射几乎为全反射 按使用特点不同可分为：按使用特点不同可分为：连续式超声波物位计和超声波物位开关两大类连续式超声波物位计和超声波物位开关两大类 传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第16章章 物位传感器物位传感器16.6 超声波物位计超声波物位计16.6.1 连续式超声波物位计连续式超声波物位计采用压电晶体换能器（也叫超声波换能器）采用压电晶体换能器（也叫超声波换能器）来发射和接收超声波，根据回声测距原理，来发射和接收超声波，根据回声测距原理，利用超声波从发射到接收的时间间隔与物位利用超声波从发射到接收的时间间隔与物位高度成比例的关系，通过测量时间间隔进而求得物位高度高度成比例的关系，通过测量时间间隔进而求得物位高度用于测量液位或料位的高度用于测量液位或料位的高度 根据供超声波传播的介质不同，工业生产中使用根据供超声波传播的介质不同，工业生产中使用的超声波物位计可分为的超声波物位计可分为气介式、液介式和固介式气介式、液介式和固介式三种，常用的是前两种三种，常用的是前两种 传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第16章章 物位传感器物位传感器16.6.1 连续式超声波物位计连续式超声波物位计主要由超声波换能器和电子装置组成主要由超声波换能器和电子装置组成 超声波换能器超声波换能器完成电能与超声能的可逆转换，完成电能与超声能的可逆转换，它可采用自发自收的单探头式或收发分开的它可采用自发自收的单探头式或收发分开的双探头式，双探头式，单探头式单探头式物位计使用一个换能器，物位计使用一个换能器，由控制电路控制它分时交替作发射器和接收器，由控制电路控制它分时交替作发射器和接收器，双探头式双探头式则使用两个换能器分别作发射器和接收器。则使用两个换能器分别作发射器和接收器。电子装置电子装置用于产生电信号，以激励超声波换能器用于产生电信号，以激励超声波换能器发射超声波，同时接收并处理超声波换能器输出的电信号发射超声波，同时接收并处理超声波换能器输出的电信号 动画演示动画演示传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第16章章 物位传感器物位传感器16.6.1.1 气介式超声波物位计气介式超声波物位计HHH0LHHH0换能器发射换能器接 收 换 能器单探头式单探头式 双探头式双探头式 单探头气介单探头气介式超声波物位计式超声波物位计 由于超声波换能器的作用可逆，由于超声波换能器的作用可逆，在反射波回来时换能器又可起到在反射波回来时换能器又可起到接收器作用，将超声波变为电信号接收器作用，将超声波变为电信号 用计时器测出超声波来回所经历的时间用计时器测出超声波来回所经历的时间t，即可求得物位高度为即可求得物位高度为传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第16章章 物位传感器物位传感器16.6.1.1 气介式超声波物位计气介式超声波物位计双探头气介式双探头气介式超声波物位计，被测物位高度可用下式表示超声波物位计，被测物位高度可用下式表示 16.6.1.2 液介式超声波液位计液介式超声波液位计H换能器HL发射换能器接收换能器单探头式单探头式 双探头式双探头式 动画演示动画演示传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第16章章 物位传感器物位传感器16.6.1.2 液介式超声波液位计液介式超声波液位计探头液介式超声波液位计，超声波换能器探头液介式超声波液位计，超声波换能器既可安装在被测液体的底部，也可安装在既可安装在被测液体的底部，也可安装在待侧容器的底部外侧，工作原理与气介式类似。待侧容器的底部外侧，工作原理与气介式类似。不同之处：不同之处：一一是供超声波传播的介质不同，为被测液体；是供超声波传播的介质不同，为被测液体；二二是液位高度计算公式不同，为是液位高度计算公式不同，为 双探头液介式超声波液位计，被测液位高度可用下式表示双探头液介式超声波液位计，被测液位高度可用下式表示 传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第16章章 物位传感器物位传感器16.6.1.3 固介式超声波物位计固介式超声波物位计HHH0发射换能器接收换能器固介式超声波物位计固介式超声波物位计 超声波被发射后沿固体棒向下传播，超声波被发射后沿固体棒向下传播，到达液面折射后又沿液面传向另一根固体棒，到达液面折射后又沿液面传向另一根固体棒，然后被超声波换能器（接收器）接收，然后被超声波换能器（接收器）接收，将超声波变为电信号。用计时器测出超声波来回将超声波变为电信号。用计时器测出超声波来回所经历的时间所经历的时间t，即可求得液位高度，即可求得液位高度 传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第16章章 物位传感器物位传感器16.6.1.4 超声波声速补偿超声波声速补偿1L02345L01231L023气介声速校正具气介声速校正具 液介声速校正具液介声速校正具 活动式液介声速校正具活动式液介声速校正具 1-检测探头；检测探头；2-校正探头；校正探头；3-反射板；反射板；4-旋转轴；旋转轴；5-浮子浮子 温度补偿温度补偿 设置校正具设置校正具介质温度、压力和成分等参数变化的影响介质温度、压力和成分等参数变化的影响 补偿补偿 传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第16章章 物位传感器物位传感器16.6.2 超声波物位开关超声波物位开关用于判断被测物位是否达到预定的高度，用于判断被测物位是否达到预定的高度，并可发出相应的开关信号并可发出相应的开关信号 16.6.2.1 气介穿透式超声波料位开关气介穿透式超声波料位开关发射换能器器接收换能器发射换能器接收换能器物位升高到换能器高度时，超声波声路将会被阻断，物位升高到换能器高度时，超声波声路将会被阻断，接收换能器就接收不到超声波，控制器即可发出相应接收换能器就接收不到超声波，控制器即可发出相应的开关控制信号的开关控制信号 料位正常时料位正常时料位达到报警限时料位达到报警限时传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第16章章 物位传感器物位传感器16.6.2.2 液介穿透式超声波液位开关液介穿透式超声波液位开关 发射换能器接收换能器不锈钢外壳料位正常时料位正常时 料位达到报警限时料位达到报警限时 利用固体与液体和固体与气体的声阻抗差有差别利用固体与液体和固体与气体的声阻抗差有差别特性而工作特性而工作传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第16章章 物位传感器物位传感器当液位升高到报警限时，间隙内充满液体，当液位升高到报警限时，间隙内充满液体，由于固体与液体的声阻抗接近，则超声波穿透固由于固体与液体的声阻抗接近，则超声波穿透固-液界面时液界面时的损耗就较小，大部分超声波能量可被接收换能器所接收。的损耗就较小，大部分超声波能量可被接收换能器所接收。根据接收换能器所接收到的能量大小不同，根据接收换能器所接收到的能量大小不同，可判断换能器间隙是液体还是气体，可判断液位是否可判断换能器间隙是液体还是气体，可判断液位是否达到预定的高度达到预定的高度 16.6.2.2 液介穿透式超声波液位开关液介穿透式超声波液位开关 当液位处于正常范围时，换能器之间的间隙（即小槽）当液位处于正常范围时，换能器之间的间隙（即小槽）内充满气体，由于固体与气体的声阻抗差别很大，内充满气体，由于固体与气体的声阻抗差别很大，超声波的大部分将在固超声波的大部分将在固-气界面上被反射，气界面上被反射，接收换能器所接收到的能量很小。接收换能器所接收到的能量很小。传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第16章章 物位传感器物位传感器16.6.2.3 声阻式超声波液位开关声阻式超声波液位开关辐射面超声波换能器利用气体和液体对超声波振动的阻尼有显著差别利用气体和液体对超声波振动的阻尼有显著差别这一特性而工作的这一特性而工作的 换能器的辐射面与气体接触时，气体对辐射面振动换能器的辐射面与气体接触时，气体对辐射面振动阻尼较小，换能器压电陶瓷的振幅就比较大；阻尼较小，换能器