反射式微波液位计

思考题•煤气化炉（如图所示）通常在炉壁上安装一排热电偶来测量垂直方向上的温度分布，但由于煤料从顶部进料，容易磨损热电偶的电极（已经加了保护套管），请设计一种你认为合理的方法获得温度场，并说明理由。1作业1.试从量程、测量精度、是否具有远传功能、应用环境、动态特性等方面分析各类压力检测仪表的特点。2•液体压力计结构简单、使用方便，量程小；测量准确度受工作液的毛细作用、密度、读数习惯等因素的影响；改变工作液可调节量程；本地显示，不能远传。•弹簧管压力表具有结构简单，使用方便和价格低廉的特点，测量范围宽（1000MPa），精度高（0.1级），在工业中使用十分普遍。缺点是只能测表压和负压，只能就地指示。压力小于20MPa，可采用磷铜；大于20MPa，需采用不锈钢或合金钢；介质为氨时，不能采用磷铜。3•电远传式压力表：弹性式压力传感器+位移测量电路；在工业过程中应用比较广泛，可测量低压和高压，测量精度高。–力平衡式压力变送器–电容式压力变送器•物性型压力传感器由于使用压敏元件，因此体积小，可做成小型化（压阻式），频率响应快，可测快速变化的压力。缺点是受温度的影响。–压电式压力传感器不能用来测量静态压力。451.静压式液位计试分析一下哪些因素会引入误差？62.浮力式液位计•基于浮力原理，分恒浮力式和变浮力式。结构简单，只能就地显示。磁浮子液位计直读式钢带浮子液位计浮球液位计7浮筒式液位计•将一截面相同，质量为m的圆筒形空心金属浮筒悬挂在弹簧上；•初始状态：液位为0时，重力与弹性力平衡；•由于浮筒的一部分被液体浸泡时，受到的浮力作用而使浮筒向上移动△X。HxAgkxxkAgHAgGkx【例】有一浮筒的长度＝３００ｍｍ，配DDZ-Ⅲ型仪表，出厂时用水标定，变送器的输出电流与液位之间有如图中曲线①的关系。今用它来检测两液体间的界面，设它们的密度分别为3231/1240/820mkgmkg和问应如何使用该液位计来检测界面（设g为常数）。93.电容式物位计•原理：把物位的变化变换为电容量的变化；•检测元件通常为一个圆筒型电容器；由两个长度为L，半径分别为R和r的圆筒形金属导体作为电容器的两个电极。10电容式液位计工作原理•当两圆筒中间所充介质介电常数为ε0的气体时，则该圆筒间的电容量为：•如果电极的一部分被另一部分介电常数为ε的液体（物料）所浸没时，浸没的部分高度为H（液位高度），则上下两部分的电容值分别为：rRLCln200rRHLCln201rRHCln22rRHrRLCCCln)(2ln20021思考题：如何提高电容式液位计的灵敏度•电容器尺寸：R、r；•介质介电常数与空气间的差异；•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。1112电容式物位计的误差分析•最主要的影响因素：–介质均匀性；–介质流动性好；–温度对液体介电常数的影响；–电容变化量小，测量易受干扰。电容式料位计电容式液位计13测量非导电介质•电容式液位计一般只用于测量非导电介质的液位；•外电极上要开孔使液体流入极板间。1、2-内、外电极；3-绝缘套；4-流通孔。14测量导电介质的液位•测量导电介质可采用单电极电容液位计；•只用一根电极作为电容器的内电极，一般用紫铜或不锈钢，外套聚四氟乙烯塑料管或涂搪瓷作为绝缘层，绝缘层作为中间介质，而导电液体和容器壁构成电容器的外电极。1-内电极；2-绝缘套单电极电容传感器等效电路15C11C2C12164.超声波物位计•基本原理：根据声波在介质中传播速度，波幅的衰减以及在界面的反射等特性进行；超声液位（物位）计17超声波的反射•当超声波从一种介质向另一种介质传播时，在分界面将产生反射和折射，反射系数为：•Z1=ρ1v1,Z2=ρ2v2,称为介质对超声波的声阻抗，其中ρ1、ρ2为介质密度；v1、v2为超声波在介质1和2中的波速；•当超声波从气体传播到液体或固态，或者相反的情况下，由于两种介质的密度相差悬殊，超声波几乎全部被反射212120coscoscoscosZZZZIIRR18•超声波液位计按传声介质不同，可分为气介式、液介式和固介式三种；•可采用收发一体的单探头方式和收发分开的双探头方式。(a)气介式(b)液介式(c)固介式vLt2模型演示超声波液位计的优点•与介质不接触，因此适用于有毒、腐蚀性或高粘度等特殊场合的液位测量；•不受介质粘度、是否导电等因素的影响；•无可动部件；•可进行连续测量和定点测量，可远传；•能用于高速运动或有倾斜晃动的液体的液位测量。19超声波液位计的误差分析•基于超声波传播时间的测量原理。要求超声波传播速度必须恒定。–超声波在不同介质中的传播速度都不一样，如在0℃时，空气中声波传播速度约为331m/s，在水蒸气中为404m/s，而在氢气中为1269m/s。•温度变化时要求对波速进行修正。–同一介质中，温度不同也有不同的传播速度，0℃时空气中的声速为331m/s，而当温度为100℃时速度增加到387m/s。20超声波物位计的温度影响校正①温度补偿：在超声换能器附近安装一个温度传感器，进行自动补偿②设置校正具：固定型（声速各向相同）；活动型（声速沿高度发生变化）225.微波物位计•微波物位计又称雷达物位仪，微波物位计运用了微波的特性，在一定条件下，微波传播速度是一定的，所以可以通过测量微波从传感器传播至物料表面并返回到传感器所用的时间来计算出所测量的物位雷达液位计23反射式微波液位计利用微波反射的原理，可以连续检测或实现液位的定点控制。通常微波发射天线倾斜一定的角度向液面发射微波束，波束遇到液面即发生反射，反射微波束被微波接收天线接收。反射式微波液位计原理图24微波接收天线接收到的微波功率为：式中H——两天线距料面垂直距离。由于发射功率，波长天线增益都是保持稳定不变的，故上式可简化为：式中——增益常数，决定于微波波长、发射功率及天线的增益；——距离常数，决定于天线安装的方法与位置，主要是距离。22424)(HdGGPrriiP22122411424)(HKKHdGGPrriiPiPriGG1K2KrPKKH2125微波物位计的特点•测量准确性高•可靠性强、寿命长•几乎可以测量所有介质•受水分和水蒸气的影响较大•成本高26微波物位计和超声波物位计的比较微波超声波波类型电磁波机械波反射特性在不同介电常数的界面上反射在不同声阻抗的界面上反射压力影响微不足道很小温度影响微不足道需温度补偿传播速度约（真空中）（空气中，20℃）测量盲区到天线顶端离辐射面＞250㎜传播环境很少受气相环境影响要求均一的气体环境sm/1038sm/344276.磁致伸缩式液位计•磁致伸缩式液位计由测量头（也称传感器，包括脉冲发生、回波接收、信号检测与处理电路），波导线和磁浮子等组成；•磁致伸缩液位计测量范围大（最大可达20多米），分辨率可达0.5mm，精度等级0.2～1.0级左右。适用于非粘稠、非高温液体的液位测量。28•电路单元产生电流脉冲，该脉冲沿着磁致伸缩线向下传输，并产生一个环形的磁场。•在探测杆外配有浮子，随液位的变化而上下移动。由于浮子内装有一组永磁铁，所以浮子同时产生一个磁场。•当电流磁场与浮子磁场相遇时，产生一个“扭曲”脉冲，或称“返回”脉冲。利用“返回”脉冲与电流脉冲的时间差，经计算得出浮子的实际位置，从而可测得液位。29•由激光发射器、接收器及测量控制电路组成；•一般用作定点检测，不易进行连续测量。反射式激光液位检测原理图1-激光发射器；2-上液位接收器；3-下液位接收器7.激光法工作原理•激光发射器发出激光束以一定角度照射到被测液面上，经液面反射到接收器的光敏检测元件上。当液位在正常范围时，上、下液位接收器光敏元件均无接收到激光反射信号；•当液面上升或下降到上下限位置，相应位置的光敏检测元件产生信号，进行报警或推动执行机构控制开始加液或停止加液。30组成模块•激光发射器：–以红宝石为工作物质的固体激光器、也有氦－氖气体激光器及砷化镓半导体激光器；•接收器：–光敏电阻、光电二极管、光电三极管、光电管、光电倍增管等各种光电元件。31328.射线式物位计•检测原理当射线穿过一定的物质，由于物质的吸收，其穿透强度随物质的厚度而减小，其变化规律为μ－介质对射线的吸收系数，不同的材料有不同的吸收系数，一般固态最大，液体其次，气体最小。xeII0γ射线料位计33辐射源与接收器均为固定安装方式的核幅射液位计。其中(a)为长辐射源和长接收器形式，输出线性度好；(b)为点辐射源和点接收器形式，输出线性度较差。a)b)1-放射源；2-接收器34实现方法•放射源可以是一个点源，也可以做成线源，接收器同样可以是单点或是线状的。模型演示辐射式液位计特点•辐射式液位计既可进行连续测量，也可进行定点发送信号和进行控制；•射线不受温度、压力、湿度、电磁场的影响，而且可以穿透各种介质，包括固体；•能实现完全非接触测量，适合于特殊场合或恶劣环境下不常有人之处的液位测量；•在使用时要注意控制剂量，作好防护，以防射线泄漏对人体造成伤害3536电阻式液位计，你能说出它的工作原理吗？37热电偶测量高温金属熔液液位38气泡式液位测量装置•连续显示各舱液位•具有测深管冲洗功能•结构简单、使用方便•无需电源，可用在防爆处•需要气源思考题•大型固体料仓，充满粉尘，料位高度达50-100米，试选择合适的料位测量方法和仪表。•在下述检测液位的仪表中，受被测液位密度影响的有哪几种？并说明原因。–玻璃液位计；超声波液位计；浮力式液位计；射线式液位计；差压式液位计；雷达式液位计；电容式液位计；磁致伸缩式液位计3940作业•根据工作原理不同，物位测量仪表有哪些主要类型?它们的工作原理各是什么?