六液位的测量剖析.docx

1、六 液位的测量剖析课题四 液位的测量教学目的：1. 了解液位传感器的分类与基本结构 2. 了解液位传感器的基本工作原理3. 掌握液位传感器的基本测量方法4. 培养学生自主、合作、探究、创新的能力。教学重点：1了解液位传感器的分类与基本结构及其工作原理2掌握液位传感器的基本测量方法教学难点：1了解液位传感器的分类与基本结构及其工作原理2掌握液位传感器的基本测量方法实习准备：1万用表台/人2各种液位传感器教学过程：、组织教学：查看学生人数、衣着及工具准备情况。二、导入新课： 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

2、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。三、新课入门指导：示范讲解 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。(一) 位移传感器任务导入 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。 浮子液位计原理简单、误差来源少,为

3、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。 相关知识一、液位传感器 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。二、恒浮力式浮子液位计 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。1.浮标；2.

4、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。 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

5、坚固，价格低，寿命长。安装简单，安全可靠，无毒环保，免维护。 1.电缆式浮球结构尺寸 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）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。 4、电缆式浮球液位开关的优点 1.有双室和一个运动保护

6、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。（二）电容式液位传感器 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？ 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。相关知识一、电容式液位传感器工作原理 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

7、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。 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。 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

8、粒； 用于易燃易爆区。四、电容式液位传感器类型、结构 1、传感器类型（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

9、 ）裸杆式 适用于非导电介质，如粉、料、粒。 2、外型结构 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。 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。 （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

10、波液位计进行液位测量。 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。相关知识一、超声波液位传感器工作原理及特点 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。 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

11、射和接收超声波各由一个探头承担。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 。 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 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

12、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。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

13、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。 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。 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

14、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。 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。 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。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

15、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。 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

16、，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。 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的气体。由于液体的介电常数1和液面上的介电常数2不同，可通过两电极间的电容量的变化来测量液位的高低。电容液位计的灵敏度主要取决于两种介电常数的差值。而且，只有1和2的恒定才能保证液位测量准确，如果被测介质具有导电性，将金属棒电极都有绝缘层覆盖。电容液位计体积

17、小，容易实现远传和调节，适用于具有腐蚀性和高压的介质的液位测量。 5.超声波物位计是利用超声波在气体、液体或固体中的衰减、穿透能力和声阻抗不同的性质来测量两种介质的界面。此类仪表精度高、反应快，但成本高、维护维修困难，都用于要求测量精度较高的场合。 6.放射形物位计是利用液位的高低对放射形同位素的射线吸收程度不同来测量物位高低的，它的测量范围宽，可用于低温、高温、高压容器中的高粘度、高腐蚀、易燃易爆介质物位的测量。 但此类仪表成本高，使用维护不方便，射线对人体危害性大 。液位计的选择原则在进行测量工作时首先要解决的问题是：根据具体的测量目标、测量对象以及测量环境合理地选用液位计。选用液位计应主

18、要考虑以下几个方面的问题： 1.应该考虑到测量介质的混浊度、粘滞度、腐蚀性； 2.测试方式，接触还是非接触； 3.外部环境的要求，如温湿度、振动频率、耐辐射； 4.安装方式，如轴向影响、便于安装替换、清洗、检修； 5.使用寿命； 6.输出信号，传输速率、距离、方式； 7.价格因素，有较高的性价比。 四、学生实习：1、按照实验内容和步骤进行实验操作练习。2、强调实验纪律，严格遵守电工安全操作规程。3、填写实验报告。五、巡回指导：1、检查指导学生对各种液位传感器的识别情况，着重检查对各种液位传感器性能检测情况。2、巡回指导中，集体指导和个别指导相结合。六、结束指导：1、学生对各种液位传感器的识别及对各种液位传感器性能检测结果情况，进行检查评分。2、整理实验报告。3、清理实验工场。七、作业布置：1.简述浮子式液位传感器的工作原理及常见2.简述超声波液位传感器的工作原理及特点