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1、2022/10/292022/10/29模块六模块六 液位的测量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，可以确定液位的凹凸。定液位的凹凸。液位检测在现代工业生产过程中具有重要地位。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、半成品或一方面通
2、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，连续监视或调整成品的数量；另一方面是通过检测，连续监视或调整容器内流入和流出液体的平衡。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。法、核辐射法、超声波法以及激光法、微波法等。2022/10/29 模块六模块六 液位的测量液位的测量课题一课题一液位传感器液位传感器课题二课题二电容式液位传感器电容式液位传感器课题三课题三超声波液位传感器超声波液位传感器2022/10/29任务导入任务导入在野外水位自动测量中，尤其是汛
3、期雨水量大时，水库工作人员随时要监测水位信息，以便限制水位在警戒线以下，此时水库水位精确，牢靠的测量是特殊重要的。选择合适的液位计事关水库水位测量的精确度。课题一课题一 位移传感器位移传感器2022/10/29浮子液位计原理简洁、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。2022/10/29 学问点学问点学习液位传感器的基本工作原理学习液位传感器的基本工作原理驾驭液位传感器的基本测量方法驾驭液位传感器的基本测量方法 技能点技能点驾驭液位传感器的一般测量方法驾驭液位传感器的一般测量方法202
4、2/10/29相关学问相关学问一、液位传感器一、液位传感器2022/10/29浮力式液位检测的基本原理是通过测浮力式液位检测的基本原理是通过测量漂移于被测液面上的浮子量漂移于被测液面上的浮子(也称浮标也称浮标)随随液面变更而产生的位移来检测液位；或利液面变更而产生的位移来检测液位；或利用沉醉在被测液体中的浮筒用沉醉在被测液体中的浮筒(也称沉筒也称沉筒)所所受的浮力与液面位置的关系来检测液位。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）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。后者一般称为变浮力式检测。2022/10/292022/10/29二、恒
5、浮力式浮子液位计 1.浮标；浮标；2.磁铁；磁铁；3.铁芯；铁芯；4.导轮；导轮；5.非导磁管；非导磁管；6.浮球；浮球；7.连杆；连杆；8.转动轴；转动轴；9.称锤称锤 1 0.杠杆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，使浮子漂移在液面上。液面稳定后，浮子所受浮力不变。2022/10/29三、变浮力式浮子液位计 变浮力式液位测量是利用浮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更。力不同，以此来检测液位的
6、变更。将空心金属浮筒挂在弹簧上，将空心金属浮筒挂在弹簧上，弹簧的另一端固定。弹簧因浮筒弹簧的另一端固定。弹簧因浮筒的浮力被的浮力被 压缩。当液面变更时，压缩。当液面变更时，浮筒的浮力变更，浮筒的浮力、浮筒的浮力变更，浮筒的浮力、重力和弹簧的弹力达到平衡时，重力和弹簧的弹力达到平衡时，浮筒停止移动。浮筒停止移动。2022/10/29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，当液位变更时，液位高度H与浮筒位移变更量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更。2022/10/29除此之外，还可以将浮筒所受到力通过扭力管达
7、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，结构简洁，性能牢靠不仅能检测液位，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。2022/10/29任务实施任务实施 在本课题野外水位自动检测中，被测介质清晰干净、不混浊，环境温度变更不大，可以接受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，结构坚实，价格低，寿命长。安装简洁，平安牢靠，无毒环保，免维护。2022/10/291.电缆式浮球结构尺寸电缆式浮球结构尺寸
8、2022/10/292、技术参数、技术参数测量精度测量精度5mm（确定误差）（确定误差）测量范围测量范围06000mm工作压力工作压力1.6,2.5,4.0,6.4,10.0,16.OMPa工作温度工作温度120介质密度介质密度0.45g/cm3(介质压力介质压力6.4MPa),0.70g/cm3(介质压力介质压力10.OMPa)介质粘度介质粘度1S（10-4m2/s）2022/10/293、测量安装说明、测量安装说明浮球动作长度“a”必需小于槽壁与电缆之间距离“A”否则简洁造成动作不正确。浮球限制之最低水位“d”必需大于泵的最低水位“”,以疼惜马达。2022/10/294、电缆式浮球液位开关
9、的优点、电缆式浮球液位开关的优点1.有双室和一个运动疼惜层使浮球确定有双室和一个运动疼惜层使浮球确定密封密封;2.通过调整重块位置来调整开关点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，可用非毒性材料及非水银微动开关，可用于饮用水行业于饮用水行业;4.外壳接受工程塑料，机械强度高外壳接受工程塑料，机械强度高;5.结构简洁，运用便利，性价比高。结构简洁，运用便利，性价比高。2022/10/29任务导入任务导入汽车油箱的油量多少关系可持续行车的里程，是驾驶员须要知道的重要参数。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课题二电容
10、式液位传感器 2022/10/29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？指示表是如何精确、刚好的反映油箱油量的变更呢？这就是我们本课题的任务目标。2022/10/29 学问点学问点学习电容式液位计的工作原理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了解电容式液位计的性能特点及其适用场合 技能点技能点驾驭电容式液位计的运用、测量方法驾驭电容式液位计的运用、测量方法2022/10/29相关学问相关学问一、电容式液位传感器工作原理2022/10/29 电容式液位计是利用被测电容式液位计是利用被测介质面的变更引起电容变更介质面的变更引
11、起电容变更的一种变介质型电容传感器。的一种变介质型电容传感器。检测非导电介质的电容液位检测非导电介质的电容液位计，当被测液面高度变更时，计，当被测液面高度变更时，两同轴电极间的介电常数将两同轴电极间的介电常数将随之发生变更，从而引起电随之发生变更，从而引起电容量的变更。容量的变更。2022/10/29二、电容式液位传感器测量电路电容式液位传感器由于电容式液位传感器由于受本身结构尺寸及测量对象受本身结构尺寸及测量对象的介电系数等限制，电容量的介电系数等限制，电容量通常不大，液位变更引起的通常不大，液位变更引起的电容变更值更小，往往只有电容变更值更小，往往只有几个皮法到几百皮法。因此几个皮法到几百
12、皮法。因此要精确而无干扰地测量这些要精确而无干扰地测量这些电容及其变更值，必需正确电容及其变更值，必需正确设计测量线路。设计测量线路。2022/10/29三、电容式液位传感器的特点1、性能参数性能参数温度范围：温度范围：201000；压力范围：压力范围：50MPa以下；以下；测量范围：测量范围：02.0m；精度：精度：0.12。2、应用范围应用范围限位点设置的限制和报警；限位点设置的限制和报警；连续测量液位及储量；连续测量液位及储量；用于各种同性质的液体及固体散粒；用于各种同性质的液体及固体散粒；用于易燃易爆区。用于易燃易爆区。2022/10/29四、电容式液位传感器类型、结构（1）缆式）缆式
13、适用于各种导电水溶液的液位测量。如开口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。容器、小口容器、深井、狭缝等场合。（2）杆式）杆式适用于粘度不大、不易结垢的酸、碱、盐的适用于粘度不大、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。聚四氟乙烯材料，耐强腐和耐高温。（3）筒式）筒式适用于粘度不大的非导电介质的液位测量。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。探杆内外电极接受不锈钢管。如开口或有压容器。探杆内外电极接受不锈钢管。（4）绝缘筒
14、式）绝缘筒式适用于测量各种对不锈钢无腐蚀作用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。四氟乙烯材料制成，外电极为不锈钢制成。（5）双杆式）双杆式适用于强腐蚀性介质，要求介质的电导率适用于强腐蚀性介质，要求介质的电导率10-3s/m。（6）裸杆式）裸杆式适用于非导电介质，如粉、料、粒。适用于非导电介质，如粉、料、粒。1、传感器类型、传感器类型2022/10/29 2、外型结构、外型结构 2022/10/29五、电容式液位传感器安装方法 安装方式除双杆式之外，均可
15、选择螺纹、法兰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。或支架三种安装方式。2022/10/29任务实施任务实施 油箱油量检测系统如图油箱油量检测系统如图所示。它由电容式液位传感所示。它由电容式液位传感器、电阻一电容电桥、放大器、电阻一电容电桥、放大器、两相电机、减速器及显器、两相电机、减速器及显示装置等组成。电容式液位示装置等组成。电容式液位传感器作为电桥的一个臂，传感器作为电桥的一个臂，Co为标准电容器，为标准电容器，R1和和R2为标准电阻，为标准电阻，RP为调整电为调整电桥平衡的电位器，它的转轴桥平衡的电位器，它的转轴与显示装置同轴连接并经减与显示装置同轴连接并经减速器
16、由电机带动。速器由电机带动。2022/10/29课题三超声波液位传感器课题三超声波液位传感器任务导入任务导入 在污水池的污水处理过在污水池的污水处理过程中，须要实时地在线监测程中，须要实时地在线监测各种参数以保证精确的工艺各种参数以保证精确的工艺运行参数和刚好显示处理结运行参数和刚好显示处理结果。由于污水成分比较困难，果。由于污水成分比较困难，具有腐蚀性，因此常常选用具有腐蚀性，因此常常选用超声波液位计进行液位测量。超声波液位计进行液位测量。2022/10/29超声波液位传感器属于非接触测量，可超声波液位传感器属于非接触测量，可以避开干脆与污水接触，避开污水对传感器以避开干脆与污水接触，避开污
17、水对传感器探头损坏，并且反应速度快。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，也可以干脆输送到口，可以具有远传功能，也可以干脆输送到PLC，具有即时显示的功能，还可以现场参，具有即时显示的功能，还可以现场参数设置，操作简洁、便利。而超声波液位计数设置，操作简洁、便利。而超声波液位计工作原理是什么？其结构、特点如何？这就工作原理是什么？其结构、特点如何？这就是我们本课题的任务目标。是我们本课题的任务目标。2022/10/29 学问点学问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工作原理了解超声波式液位计的性能特点及
18、其适用场合了解超声波式液位计的性能特点及其适用场合 技能点技能点驾驭超声波式液位计的运用、测量方法驾驭超声波式液位计的运用、测量方法2022/10/29相关学问相关学问一、超声波液位传感器工作原理及特点2022/10/29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超声波物位传感器依据测量介质不同分为气介式、液介式和固介式三类。依据工作原理分为单探头形式即探头(换能器)既放射又接收超声波；双探头形式放射和接收超声波各由一个探头担当。2022/10/292022/10/29二、超声波液位传感器结构 超声波探头也称为换能器，完成电超声波探头也称为换能
19、器，完成电声、声声、声电的能量转换。电的能量转换。换能器的结构对电换能器的结构对电-声、声声、声-电转换效率，电转换效率，传感器的作用距离及声束的方向性有较大传感器的作用距离及声束的方向性有较大影响影响。2022/10/29图所示为声放射换能器和声接收换能器结构图所示为声放射换能器和声接收换能器结构原理图。在图所示放射换能器的压电晶片原理图。在图所示放射换能器的压电晶片1上粘一上粘一半球面音膜半球面音膜2，用螺钉和压环将音膜和晶片固定在，用螺钉和压环将音膜和晶片固定在外壳外壳3上。音膜起改善辐射阻抗匹配，提高辐射功上。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率
20、的作用。接收换能器的压电晶片背面用弹簧5压压紧。紧。1.压电晶片；2.音膜；3.钳形外壳；4.引线；5.弹簧2022/10/29三、超声波液位计安装留意事项 1、变送器安装在无猛烈振动、波动、泡沫或强电、变送器安装在无猛烈振动、波动、泡沫或强电磁干扰的场合为宜；磁干扰的场合为宜；2、法兰、螺母安装时，优先接受、法兰、螺母安装时，优先接受PVC法兰或螺母且不要将变送器拧得过紧；法兰或螺母且不要将变送器拧得过紧；3、要确、要确保探头底面与被测介质表面垂直；保探头底面与被测介质表面垂直；4、变送器中心线与、变送器中心线与容器内壁或容器内壁或进料口等干扰源有足够的水平间距进料口等干扰源有足够的水平间距
21、(安装安装高度高度0.05米米)；5、探头底面与物位零点、探头底面与物位零点(4mA)之间之间的安装高度不大于的安装高度不大于3m的标称量程；的标称量程；6、探头底面与物、探头底面与物位满点位满点(20mA)之间的垂直间距不小于之间的垂直间距不小于0.25m的盲区的盲区距离；距离；7、露天或野外接受垂吊方式安装时，尽量缩短、露天或野外接受垂吊方式安装时，尽量缩短悬挂部分的电缆长度，避开过度摇摆；悬挂部分的电缆长度，避开过度摇摆；8、露天或野外、露天或野外安装时应加装雨阳罩。安装时应加装雨阳罩。2022/10/29四、超声波液位传感器的选型原则超声波变送器的测量实力取决于探头与被测量超声波变送器
22、的测量实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实力。一般而言介质间的空气状况和反射面的反射实力。一般而言设备选型时应遵循以下原则：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、液位测量时的最大量程为液位量程的50%；2、反射面状况不确定或反射实力较弱时应选择、反射面状况不确定或反射实力较弱时应选择量程大些的变送器；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、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；应选择量程大些的变送器；4、对存在易燃易爆等紧急气体的应用场合应选、对存在易燃易爆等紧急气体的应用场合应选择本安型产品。择本安型产
23、品。2022/10/29任务实施任务实施城市污水中的大量城市污水中的大量杂物，在进水泵房前杂物，在进水泵房前都设有粗隔栅除污机，都设有粗隔栅除污机，在沉沙池上都要设有在沉沙池上都要设有细隔栅除污机，污物细隔栅除污机，污物的堵塞会使隔栅前后的堵塞会使隔栅前后的水位差增加。可以的水位差增加。可以选用由双探头超声波选用由双探头超声波液位计来测量水位差。液位计来测量水位差。2022/10/29 首先设定一个比较值。若液位传感器的输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、液位差信机，同时，仪表还可
24、输出液位信号、液位差信号进行远传显示。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限制供应连续稳市污水处理厂的自动化运行和限制供应连续稳定的测量数据，保证了格栅、提升泵、污泥泵定的测量数据，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。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实践证明超声波流量计在污水处理中有很好的应用前景。应用前景。2022/10/29学问链接学问链接液位计的分类液
25、位计的分类 依据测量方法可分为接触式和非接触式；按工作原理可依据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。法以及激光法、微波法等。2022/10/29 液位计的种类很多，每一种传感器都有自己液位计的种类很多，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。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，可以依据测量我们在组建液位测量系统时，可以依据测量范围、被测对象、测量精度及结构、功能、价格范围、被测对象、测量精度及结构、功能、价格等方面，选择相
26、应的液位计进行检测。等方面，选择相应的液位计进行检测。2022/10/29液位的各种测量方法及特点1.直读式就是应用最一般的玻璃液位计，它的特点是结构简洁、价廉、直观，适于现场运用，易破损，内表面沾污，造成读数困难，不便于远传和调整。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更而升降，它的特点是结构简洁、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整。2022/1
27、0/29 3.差压式液位计有气相和液相两个取压口。气相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，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。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、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，安装便利，电动差压变送器及法兰式液位变送器，安装便利，简洁实现远传和自动调整，工业上应用较多。简洁实现远传和自动调整
28、，工业上应用较多。2022/10/294.电容式液位计是接受测量电容的变更来测量液面的凹凸的。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更来测量液位的凹凸。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精确，假如被测介质具有导电性，将金属棒电极都有绝缘层覆盖。电容液位计体积小，简洁实现远传和调整，适用于具有腐蚀性和高压的介质的液位测量。2022/10/295.超声波物位计是利用超声波在气体、液体或固体中的超声波
29、物位计是利用超声波在气体、液体或固体中的衰减、穿透实力和声阻抗不同的性质来测量两种介质的界面。衰减、穿透实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、维护修理困难，都用此类仪表精度高、反应快，但成本高、维护修理困难，都用于要求测量精度较高的场合。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凹凸对放射形同位素的射放射形物位计是利用液位的凹凸对放射形同位素的射线吸取程度不同来测量物位凹凸的，它的测量范围宽，可用线吸取程度不同来测量物位凹凸的，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。质物位的测量。但此类仪表成本高，运用维护不便利，射线对人体危害但此类仪表成本高，运用维护不便利，射线对人体危害性大性大。2022/10/29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：依据具体的测量目标、测量对象以及测量环境合理地选用液位计。选用液位计应主要考虑以下几个方面的问题：1.应当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.运用寿命；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。