第5章 物位測(cè)量

1、第五章第五章 物位測(cè)量物位測(cè)量第一節(jié)第一節(jié) 物位檢測(cè)的主要方法和分類(lèi)物位檢測(cè)的主要方法和分類(lèi)物位物位液體介質(zhì)液面的高低液體介質(zhì)液面的高低兩種液體介質(zhì)的分界面的高低兩種液體介質(zhì)的分界面的高低固體塊、散粒狀物質(zhì)的堆積高度固體塊、散粒狀物質(zhì)的堆積高度液位計(jì)液位計(jì)界面計(jì)界面計(jì)料位計(jì)料位計(jì)物位計(jì)物位計(jì)液位液位界面界面料位料位物位檢測(cè)物位檢測(cè)確定儲(chǔ)存量確定儲(chǔ)存量物料平衡物料平衡保證產(chǎn)量保證產(chǎn)量經(jīng)濟(jì)核算經(jīng)濟(jì)核算第五章第五章 物位測(cè)量物位測(cè)量物位測(cè)量必要性物位測(cè)量必要性 在油氣儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中，精確測(cè)定儲(chǔ)油大罐中的液位高度，是正確在油氣儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中，精確測(cè)定儲(chǔ)油大罐中的液位高度，是正確計(jì)算儲(chǔ)油量、確定庫(kù)存、計(jì)算輸量的

2、重要措施。計(jì)算儲(chǔ)油量、確定庫(kù)存、計(jì)算輸量的重要措施。 在油氣生產(chǎn)中，特別是在油氣集輸儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)中，石油、天然氣在油氣生產(chǎn)中，特別是在油氣集輸儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)中，石油、天然氣與伴生污水要在各種生產(chǎn)設(shè)備和罐器中分離、存儲(chǔ)與處理，物與伴生污水要在各種生產(chǎn)設(shè)備和罐器中分離、存儲(chǔ)與處理，物位的測(cè)量與控制，對(duì)于保證正常生產(chǎn)和設(shè)備安全是至關(guān)重要的，位的測(cè)量與控制，對(duì)于保證正常生產(chǎn)和設(shè)備安全是至關(guān)重要的，否則會(huì)產(chǎn)生重大的事故。否則會(huì)產(chǎn)生重大的事故。 例如油罐液位測(cè)量控制不好，會(huì)出現(xiàn)抽空或溢油例如油罐液位測(cè)量控制不好，會(huì)出現(xiàn)抽空或溢油“冒頂冒頂”事故；事故；油氣分離器液位偏高或偏低會(huì)出現(xiàn)油氣分離器液位偏高或偏低會(huì)出現(xiàn)“跑

3、油跑油”、“竄氣竄氣”事故，事故，嚴(yán)重影響后序設(shè)備的生產(chǎn)和安全；嚴(yán)重影響后序設(shè)備的生產(chǎn)和安全； 電脫水器中油水界面高了會(huì)破壞電場(chǎng)低了會(huì)使放水中帶油，電脫水器中油水界面高了會(huì)破壞電場(chǎng)低了會(huì)使放水中帶油，影響生產(chǎn)。影響生產(chǎn)。第五章第五章 物位測(cè)量物位測(cè)量物位檢測(cè)的物位檢測(cè)的主要方法主要方法u靜壓式物位檢測(cè)靜壓式物位檢測(cè)u浮力式物位檢測(cè)浮力式物位檢測(cè)u電氣式物位檢測(cè)電氣式物位檢測(cè)u聲學(xué)式物位檢測(cè)聲學(xué)式物位檢測(cè)u射線式物位檢測(cè)射線式物位檢測(cè)第五章第五章 物位測(cè)量物位測(cè)量物位檢測(cè)的物位檢測(cè)的主要方法主要方法1靜壓式物位檢測(cè)靜壓式物位檢測(cè)根據(jù)流體靜力學(xué)原理，靜止介質(zhì)內(nèi)某一點(diǎn)的靜壓力與介質(zhì)上方自由空間壓力根

4、據(jù)流體靜力學(xué)原理，靜止介質(zhì)內(nèi)某一點(diǎn)的靜壓力與介質(zhì)上方自由空間壓力之差與該點(diǎn)上方的介質(zhì)高度成正比，因此可利用差壓來(lái)檢測(cè)液位，這種方法之差與該點(diǎn)上方的介質(zhì)高度成正比，因此可利用差壓來(lái)檢測(cè)液位，這種方法一般只用在液位的檢測(cè)。一般只用在液位的檢測(cè)。2浮力式物位檢測(cè)浮力式物位檢測(cè)利用漂浮于液面上浮子隨液面變化位置，或者部分浸沒(méi)于液體中物質(zhì)的浮力利用漂浮于液面上浮子隨液面變化位置，或者部分浸沒(méi)于液體中物質(zhì)的浮力隨液位變化來(lái)檢測(cè)液位，前者稱(chēng)為恒浮力法，后者稱(chēng)變浮力法，二者均用于隨液位變化來(lái)檢測(cè)液位，前者稱(chēng)為恒浮力法，后者稱(chēng)變浮力法，二者均用于液位的檢測(cè)。液位的檢測(cè)。3電氣式物位檢測(cè)電氣式物位檢測(cè)把敏感元件做

5、成一定形狀的電極置于被測(cè)介質(zhì)中，則電極之間的電氣參數(shù)，把敏感元件做成一定形狀的電極置于被測(cè)介質(zhì)中，則電極之間的電氣參數(shù)，如電阻、電容等，隨物位的變化則改變。這種方法既可用于液位檢測(cè)，也可如電阻、電容等，隨物位的變化則改變。這種方法既可用于液位檢測(cè)，也可用于料位檢測(cè)。用于料位檢測(cè)。4聲學(xué)式物位檢測(cè)聲學(xué)式物位檢測(cè)利用超聲波在介質(zhì)中的傳播速度及在不同相界面之間的反射特性來(lái)檢測(cè)物位。利用超聲波在介質(zhì)中的傳播速度及在不同相界面之間的反射特性來(lái)檢測(cè)物位。液位和料位的檢測(cè)都可以用此方法。液位和料位的檢測(cè)都可以用此方法。5射線式物位檢測(cè)射線式物位檢測(cè)放射性同位素所放出的射線穿過(guò)被測(cè)介質(zhì)因被其吸收而減弱，吸收程

6、度與物放射性同位素所放出的射線穿過(guò)被測(cè)介質(zhì)因被其吸收而減弱，吸收程度與物位有關(guān)。位有關(guān)。 第五章第五章 物位測(cè)量物位測(cè)量物位檢測(cè)的物位檢測(cè)的基本原理基本原理1基于力學(xué)原理基于力學(xué)原理2基于相對(duì)變化原理基于相對(duì)變化原理3基于某物理量隨物位的升高而增加原理基于某物理量隨物位的升高而增加原理敏感元件所受到的力（壓力）的大小與物位成正比，它敏感元件所受到的力（壓力）的大小與物位成正比，它包括靜壓式、浮力式和重錘式物位檢測(cè)等；包括靜壓式、浮力式和重錘式物位檢測(cè)等；當(dāng)物位變化時(shí)，物位與容器底部或頂部的距離發(fā)生改變，當(dāng)物位變化時(shí)，物位與容器底部或頂部的距離發(fā)生改變，通過(guò)測(cè)量距離的相對(duì)變化可獲得物位的信息。這

7、種檢測(cè)通過(guò)測(cè)量距離的相對(duì)變化可獲得物位的信息。這種檢測(cè)原理包括聲學(xué)法、微波法和光學(xué)法等；原理包括聲學(xué)法、微波法和光學(xué)法等；例如對(duì)射線的吸收強(qiáng)度，電容器的電容量等。例如對(duì)射線的吸收強(qiáng)度，電容器的電容量等。第五章第五章 物位測(cè)量物位測(cè)量液位計(jì)種類(lèi)作用原理主要特點(diǎn)靜壓式玻璃管液位計(jì)連通器原理結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉，易損壞，讀數(shù)不明顯壓力表式液位計(jì)液位高度與液柱靜壓成正比適用于敞口容器，使用簡(jiǎn)單壓差式液位計(jì)基于液位升降時(shí)能造成液柱差的原理敞口容器或密閉容器都能使用，但要注意“零點(diǎn)遷移”問(wèn)題浮力式浮標(biāo)液位計(jì)浮標(biāo)浮于液體中隨液面變化而升降結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉浮筒式液位計(jì)浮筒在液體中受到浮力而產(chǎn)生的位移與液位變化

8、成正比結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉電氣式電容式液位計(jì)置于液體中電容，其值隨液位高低而變化測(cè)量滯后小，能遠(yuǎn)距離傳輸，但z線路復(fù)雜，價(jià)格高電接點(diǎn)式液位計(jì)應(yīng)用電極等電裝置，當(dāng)液面超過(guò)規(guī)定值時(shí)，發(fā)出電信號(hào)不能連續(xù)測(cè)量，用于要求不高的場(chǎng)合超聲波液位計(jì)利用超聲波在氣體和液體中的衰減程度、穿透能力和輻射聲阻抗等各不相同的性質(zhì)非接觸測(cè)量，準(zhǔn)確性高，慣性小，但成本高液位檢測(cè)儀表的種類(lèi)及特點(diǎn)液位檢測(cè)儀表的種類(lèi)及特點(diǎn) 第五章第五章 物位測(cè)量物位測(cè)量第二節(jié)第二節(jié) 靜壓式物位檢測(cè)靜壓式物位檢測(cè)檢測(cè)原理檢測(cè)原理 靜壓式物位檢測(cè)方法是基于液位高度變化時(shí)，由液柱產(chǎn)生的靜壓式物位檢測(cè)方法是基于液位高度變化時(shí)，由液柱產(chǎn)生的靜壓也隨之變化的

9、原理。靜壓也隨之變化的原理。 BAPPPHg若若PA為大氣壓，上式變?yōu)椋簽榇髿鈮海鲜阶優(yōu)椋?BPPPHg當(dāng)被測(cè)介質(zhì)密度為已知時(shí)，兩點(diǎn)當(dāng)被測(cè)介質(zhì)密度為已知時(shí)，兩點(diǎn)的壓力差的壓力差P或或B點(diǎn)的表壓力點(diǎn)的表壓力P與液與液位高度位高度H成正比，這樣就成正比，這樣就把液位把液位的檢測(cè)轉(zhuǎn)化為壓力差或壓力的檢的檢測(cè)轉(zhuǎn)化為壓力差或壓力的檢測(cè)測(cè)，選擇合適的壓力（差壓）檢，選擇合適的壓力（差壓）檢測(cè)儀表可實(shí)現(xiàn)液位的檢測(cè)。測(cè)儀表可實(shí)現(xiàn)液位的檢測(cè)。 第五章第五章 物位測(cè)量物位測(cè)量實(shí)現(xiàn)方法實(shí)現(xiàn)方法 直接用壓力檢測(cè)儀表對(duì)液位進(jìn)行直接用壓力檢測(cè)儀表對(duì)液位進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)。方法是將壓力儀表通過(guò)引方法是將壓力儀表通過(guò)引壓導(dǎo)管與

10、容器底側(cè)零液位相連。壓導(dǎo)管與容器底側(cè)零液位相連。 0BPPPHg要求液體密度為定值，否則要求液體密度為定值，否則會(huì)引起誤差。會(huì)引起誤差。壓力儀表實(shí)際指示的壓力是壓力儀表實(shí)際指示的壓力是液面至壓力儀表入口之間的靜液面至壓力儀表入口之間的靜壓力，當(dāng)壓力儀表與取壓點(diǎn)壓力，當(dāng)壓力儀表與取壓點(diǎn)（零液位）不在同一水平位置（零液位）不在同一水平位置時(shí)，應(yīng)對(duì)其位置高差而引起的時(shí)，應(yīng)對(duì)其位置高差而引起的固定壓力進(jìn)行修正。固定壓力進(jìn)行修正。q被測(cè)對(duì)象為敞口容器被測(cè)對(duì)象為敞口容器第五章第五章 物位測(cè)量物位測(cè)量容器下部的液體壓力除與液位高容器下部的液體壓力除與液位高度有關(guān)外，還與液面上部介質(zhì)壓度有關(guān)外，還與液面上部介

11、質(zhì)壓力有關(guān)。可以用力有關(guān)?？梢杂脺y(cè)量差壓測(cè)量差壓的方法的方法來(lái)獲得液位來(lái)獲得液位差壓檢測(cè)法的差壓指示值與液位高度有關(guān)差壓檢測(cè)法的差壓指示值與液位高度有關(guān)受液體密度和差壓儀表的安裝位置有關(guān)受液體密度和差壓儀表的安裝位置有關(guān)當(dāng)這些因素影響較大時(shí)必須進(jìn)行修正當(dāng)這些因素影響較大時(shí)必須進(jìn)行修正q被測(cè)對(duì)象為密閉容器被測(cè)對(duì)象為密閉容器ghpP00pP ghPPP 抵消了容器上部壓力變化對(duì)測(cè)量的影響。抵消了容器上部壓力變化對(duì)測(cè)量的影響。第五章第五章 物位測(cè)量物位測(cè)量引壓導(dǎo)管易被腐蝕或堵塞，影響引壓導(dǎo)管易被腐蝕或堵塞，影響測(cè)量精度，應(yīng)用測(cè)量精度，應(yīng)用法蘭式壓力（差法蘭式壓力（差壓）變送器。壓）變送器。敏感元件為

12、金屬膜盒，它直接與敏感元件為金屬膜盒，它直接與被測(cè)介質(zhì)接觸，省去引壓導(dǎo)管，被測(cè)介質(zhì)接觸，省去引壓導(dǎo)管，從而克服導(dǎo)管的腐蝕和阻塞問(wèn)題。從而克服導(dǎo)管的腐蝕和阻塞問(wèn)題。膜盒經(jīng)毛細(xì)管與變送器的測(cè)量室膜盒經(jīng)毛細(xì)管與變送器的測(cè)量室相通，它們所組成的密閉系統(tǒng)內(nèi)相通，它們所組成的密閉系統(tǒng)內(nèi)充以硅油，作為傳壓介質(zhì)。為了充以硅油，作為傳壓介質(zhì)。為了毛細(xì)管經(jīng)久耐用，其外部均套有毛細(xì)管經(jīng)久耐用，其外部均套有金屬蛇皮保護(hù)管。金屬蛇皮保護(hù)管。p對(duì)于具有腐蝕性或含有結(jié)晶顆粒以及粘度大、易凝固的介質(zhì)對(duì)于具有腐蝕性或含有結(jié)晶顆粒以及粘度大、易凝固的介質(zhì)第五章第五章 物位測(cè)量物位測(cè)量量程遷移量程遷移無(wú)論是壓力檢測(cè)法還是差壓法，均

13、要求零液位與檢測(cè)儀表無(wú)論是壓力檢測(cè)法還是差壓法，均要求零液位與檢測(cè)儀表在同一水平高度，否則會(huì)產(chǎn)生附加靜壓誤差。在同一水平高度，否則會(huì)產(chǎn)生附加靜壓誤差。處理方法處理方法對(duì)壓力變送器進(jìn)行零點(diǎn)對(duì)壓力變送器進(jìn)行零點(diǎn)調(diào)整，使在只受附加靜調(diào)整，使在只受附加靜壓力時(shí)輸出為壓力時(shí)輸出為“零零”。量程遷移量程遷移量程量程遷移遷移無(wú)遷移無(wú)遷移負(fù)遷移負(fù)遷移正遷移正遷移Hh第五章第五章 物位測(cè)量物位測(cè)量量程遷移量程遷移n無(wú)遷移無(wú)遷移保證正壓室與零液位等高保證正壓室與零液位等高gHP1當(dāng)當(dāng)H為零時(shí)，差壓輸為零時(shí)，差壓輸出為零。出為零。差壓變送器的作用是將輸入的差壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)差壓變送器的作用是將輸入的差壓信號(hào)轉(zhuǎn)

14、化為統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出。信號(hào)輸出。=0 P =0 I4 mA; =max P= Pmax 20 mA第五章第五章 物位測(cè)量物位測(cè)量量程遷移量程遷移n負(fù)遷移負(fù)遷移形成原因：加隔離罐或采形成原因：加隔離罐或采用法蘭式測(cè)壓差。用法蘭式測(cè)壓差。1210ghgHPP正壓室：正壓室：220ghPP負(fù)壓室：負(fù)壓室：BgHhhggHPPP11221)(差壓：差壓：當(dāng)當(dāng)H=0時(shí)，差壓的輸出并不為零，而是時(shí)，差壓的輸出并不為零，而是-B。為使。為使H=0時(shí)，時(shí)，差變的輸出為差變的輸出為4mA，就要消除，就要消除-B的影響。稱(chēng)之為量程遷移。的影響。稱(chēng)之為量程遷移。由于要遷移的時(shí)為負(fù)值，所以稱(chēng)為負(fù)遷移。由于要遷移的時(shí)

15、為負(fù)值，所以稱(chēng)為負(fù)遷移。第五章第五章 物位測(cè)量物位測(cè)量量程遷移量程遷移用差壓變送器檢測(cè)液位，已知用差壓變送器檢測(cè)液位，已知1=1200Kg/m31=1200Kg/m3， 2=950Kg/m32=950Kg/m3，h1=1.0mh1=1.0m，h2=5.0mh2=5.0m，液位變化范圍為，液位變化范圍為0 03m3m，若，若g=9.8m/s2g=9.8m/s2，求：，求：(1)(1)差壓變送器的量程和遷移量；差壓變送器的量程和遷移量； 液位高度變化形成的差壓值為：液位高度變化形成的差壓值為： 所以可選擇差壓變送器量程為所以可選擇差壓變送器量程為40kPaPagH3528038 . 912001P

16、aghhB372408 . 9950) 15()(212 所以負(fù)遷移量為所以負(fù)遷移量為37.240kPa，即將差壓變送器的零點(diǎn)調(diào)為，即將差壓變送器的零點(diǎn)調(diào)為-37.240kPa。遷移后差變的測(cè)量范圍為。遷移后差變的測(cè)量范圍為-37.242.76kPa。第五章第五章 物位測(cè)量物位測(cè)量量程遷移量程遷移n正遷移正遷移011pgHghP正壓室：正壓室：負(fù)壓室：負(fù)壓室：0pP 壓差：壓差：gHghPPP11當(dāng)當(dāng)H=0時(shí)，差壓輸出并不為時(shí)，差壓輸出并不為零，其值為零，其值為ghC1其遷移量為正值，所以稱(chēng)為正遷移。其遷移量為正值，所以稱(chēng)為正遷移。綜上所述綜上所述：正負(fù)遷移的實(shí)質(zhì)是改變變送器的零點(diǎn)，同時(shí)改：正

17、負(fù)遷移的實(shí)質(zhì)是改變變送器的零點(diǎn)，同時(shí)改變量程的上下限，而量程范圍不變。變量程的上下限，而量程范圍不變。第五章第五章 物位測(cè)量物位測(cè)量（a）無(wú)遷移 （b）負(fù)遷移 （c）正遷移0500042020007000P (Pa)-20003000I0(mA)固定差壓 =2000Pa某壓力變送器的測(cè)量范圍：05000Pa，ghh212)(第五章第五章 物位測(cè)量物位測(cè)量第三節(jié)第三節(jié) 浮力式物位檢測(cè)浮力式物位檢測(cè)浮力式物位檢測(cè)分為浮力式物位檢測(cè)分為恒浮力式恒浮力式檢測(cè)與檢測(cè)與變浮力式變浮力式檢測(cè)。檢測(cè)。恒浮力式恒浮力式檢測(cè)的基本原理是通過(guò)測(cè)量漂浮于被測(cè)液檢測(cè)的基本原理是通過(guò)測(cè)量漂浮于被測(cè)液面上的浮子（也稱(chēng)浮標(biāo)）

18、隨液面變化而產(chǎn)生的位移。面上的浮子（也稱(chēng)浮標(biāo)）隨液面變化而產(chǎn)生的位移。 變浮力式變浮力式檢測(cè)是利用沉浸在被測(cè)液體中的浮筒（也檢測(cè)是利用沉浸在被測(cè)液體中的浮筒（也稱(chēng)沉筒）所受的浮力與液面位置的關(guān)系檢測(cè)液位稱(chēng)沉筒）所受的浮力與液面位置的關(guān)系檢測(cè)液位 。第五章第五章 物位測(cè)量物位測(cè)量恒浮力式物位檢測(cè)恒浮力式物位檢測(cè)恒浮力式物位檢測(cè)包括恒浮力式物位檢測(cè)包括浮標(biāo)式浮標(biāo)式、浮球式浮球式和和翻板式翻板式等各種方法。等各種方法。 浮球浮球用不銹鋼制作，安裝在用不銹鋼制作，安裝在浮浮筒筒內(nèi)，其上端連接有內(nèi)，其上端連接有連桿連桿，連桿，連桿頂端置有頂端置有磁鋼磁鋼。當(dāng)水位發(fā)生變化。當(dāng)水位發(fā)生變化時(shí)，浮球帶動(dòng)連桿頂

19、端磁鋼在調(diào)時(shí)，浮球帶動(dòng)連桿頂端磁鋼在調(diào)整箱組件中非導(dǎo)磁的管道中上、整箱組件中非導(dǎo)磁的管道中上、下移動(dòng)，當(dāng)磁鋼移動(dòng)到下移動(dòng)，當(dāng)磁鋼移動(dòng)到上下限水上下限水銀開(kāi)關(guān)銀開(kāi)關(guān)處，與水銀開(kāi)關(guān)上裝有的處，與水銀開(kāi)關(guān)上裝有的磁鋼相作用，帶動(dòng)水銀開(kāi)關(guān)動(dòng)作，磁鋼相作用，帶動(dòng)水銀開(kāi)關(guān)動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)量控制。從而實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)量控制。 浮球式液位計(jì)浮球式液位計(jì)電纜式浮球液位計(jì)電纜式浮球液位計(jì)調(diào)整箱組件調(diào)整箱組件浮筒浮筒浮球浮球連桿連桿非導(dǎo)非導(dǎo)磁管磁管下限水銀開(kāi)關(guān)下限水銀開(kāi)關(guān)磁鋼磁鋼上限水銀開(kāi)關(guān)上限水銀開(kāi)關(guān)第五章第五章 物位測(cè)量物位測(cè)量變浮力式物位檢測(cè)變浮力式物位檢測(cè)變浮力式物位檢測(cè)方法中典型的變浮力式物位檢測(cè)方法中典型的敏

20、感元件是浮筒敏感元件是浮筒，它是利用浮筒由，它是利用浮筒由于被液體浸沒(méi)高度不同以致所受的浮力不同來(lái)檢測(cè)液位的變化。于被液體浸沒(méi)高度不同以致所受的浮力不同來(lái)檢測(cè)液位的變化。 )(0 xxCgAhmg0Cxmg xhH當(dāng)浮筒的重力與彈簧力達(dá)到平衡時(shí)，當(dāng)浮筒的重力與彈簧力達(dá)到平衡時(shí)，當(dāng)浮筒的一部分被液體浸沒(méi)時(shí)，浮筒當(dāng)浮筒的一部分被液體浸沒(méi)時(shí)，浮筒受到液位對(duì)它的浮力作用而向上移動(dòng)。受到液位對(duì)它的浮力作用而向上移動(dòng)。 根據(jù)力平衡可得根據(jù)力平衡可得 xCgAh由于由于hx，所以有所以有H=h，則，則xgACH即彈簧的位移量與液位成正比。即彈簧的位移量與液位成正比。浮筒的連桿上連接有一鐵芯，隨浮筒的連桿上連

21、接有一鐵芯，隨著浮筒的位移在差動(dòng)變壓器內(nèi)上著浮筒的位移在差動(dòng)變壓器內(nèi)上下移動(dòng)輸出位移信號(hào)。下移動(dòng)輸出位移信號(hào)。第五章第五章 物位測(cè)量物位測(cè)量浮球式液位計(jì)浮球式液位計(jì)浮筒液位計(jì)浮筒液位計(jì)第五章第五章 物位測(cè)量物位測(cè)量第四節(jié)第四節(jié) 電氣式物位檢測(cè)電氣式物位檢測(cè)電氣式物位檢測(cè)方法是利用敏感元件直接把物位變化轉(zhuǎn)換為電電氣式物位檢測(cè)方法是利用敏感元件直接把物位變化轉(zhuǎn)換為電參數(shù)的變化。根據(jù)電量參數(shù)的不同，可分為電阻式、電容式和參數(shù)的變化。根據(jù)電量參數(shù)的不同，可分為電阻式、電容式和電感式等。電感式等。 由兩個(gè)長(zhǎng)度由兩個(gè)長(zhǎng)度L，半徑分別為，半徑分別為R和和r的圓筒金屬的圓筒金屬導(dǎo)體組成。當(dāng)兩圓筒間充以介電常數(shù)

22、為導(dǎo)體組成。當(dāng)兩圓筒間充以介電常數(shù)為1的的氣體時(shí)，則由該圓筒組成的電容器的電容量氣體時(shí)，則由該圓筒組成的電容器的電容量為：為： rRLCln210如果兩圓筒形電極間的一部分被介電常數(shù)為如果兩圓筒形電極間的一部分被介電常數(shù)為2的液體所浸沒(méi)，的液體所浸沒(méi)，設(shè)設(shè)被浸沒(méi)的電極長(zhǎng)度為被浸沒(méi)的電極長(zhǎng)度為H，此時(shí)的電容量為此時(shí)的電容量為rRHrRHLCCCln2ln)(22121HrRCln)(212CCC01電容式電容式第五章第五章 物位測(cè)量物位測(cè)量當(dāng)圓筒形電容器的幾何尺寸當(dāng)圓筒形電容器的幾何尺寸L、R和和r保持不變，且介電常數(shù)保持不變，且介電常數(shù)也不變時(shí)，電容器電容增量也不變時(shí)，電容器電容增量C與電極被

23、介電常數(shù)為與電極被介電常數(shù)為2的介的介質(zhì)所浸沒(méi)的高度質(zhì)所浸沒(méi)的高度H成正比關(guān)系。另外，兩種介質(zhì)的介電常數(shù)成正比關(guān)系。另外，兩種介質(zhì)的介電常數(shù)的差值（的差值（21）越大，則）越大，則C也越大，說(shuō)明相對(duì)靈敏度越也越大，說(shuō)明相對(duì)靈敏度越高。高。CCC0HrRCln)(212當(dāng)圓筒形電容器幾何尺寸一定，電容器電容增量與當(dāng)圓筒形電容器幾何尺寸一定，電容器電容增量與液位高度液位高度H成正比。同時(shí)，兩種介質(zhì)的介電常數(shù)的成正比。同時(shí)，兩種介質(zhì)的介電常數(shù)的差值越大，差值越大， 越大，靈敏度高。越大，靈敏度高。C第五章第五章 物位測(cè)量物位測(cè)量23第五章第五章 物位測(cè)量物位測(cè)量 右圖為用于測(cè)量右圖為用于測(cè)量非導(dǎo)電非

24、導(dǎo)電介質(zhì)介質(zhì)的同軸雙層電極電容式的同軸雙層電極電容式液位計(jì)。內(nèi)電極和與之絕緣液位計(jì)。內(nèi)電極和與之絕緣的同軸金屬套組成電容的兩的同軸金屬套組成電容的兩極，外電極上開(kāi)有很多流通極，外電極上開(kāi)有很多流通孔使液體流入極板間。孔使液體流入極板間。 圖中：圖中：1 1、2-2-內(nèi)外電極內(nèi)外電極 3-3-絕緣套；絕緣套；4-4-流通孔。流通孔。第五章第五章 物位測(cè)量物位測(cè)量 安裝形式安裝形式 右圖為用來(lái)測(cè)量導(dǎo)右圖為用來(lái)測(cè)量導(dǎo)電介質(zhì)的單電極電容液電介質(zhì)的單電極電容液位計(jì)，它只用一根電極位計(jì)，它只用一根電極作為電容器的內(nèi)電極，作為電容器的內(nèi)電極，一般用紫銅或不銹鋼，一般用紫銅或不銹鋼，外套聚四氟乙烯塑料管外套聚

25、四氟乙烯塑料管或涂搪瓷作為絕緣層，或涂搪瓷作為絕緣層，而導(dǎo)電液體和容器壁構(gòu)而導(dǎo)電液體和容器壁構(gòu)成電容器的外電極。成電容器的外電極。 1-內(nèi)電極；2-絕緣套第五章第五章 物位測(cè)量物位測(cè)量電容式物位檢測(cè)的電容式物位檢測(cè)的基本原理是將物位的變化轉(zhuǎn)換為由插入電基本原理是將物位的變化轉(zhuǎn)換為由插入電極所構(gòu)成的電容器的電容量的改變。極所構(gòu)成的電容器的電容量的改變。電容式物位計(jì)主要由電極（敏感元件）和電容檢測(cè)電路組成。電容式物位計(jì)主要由電極（敏感元件）和電容檢測(cè)電路組成。由于電容的變化量較小，因此準(zhǔn)確檢測(cè)電容量是物位檢測(cè)的由于電容的變化量較小，因此準(zhǔn)確檢測(cè)電容量是物位檢測(cè)的關(guān)鍵。目前在物位檢測(cè)中，常見(jiàn)的關(guān)鍵。

26、目前在物位檢測(cè)中，常見(jiàn)的電容檢測(cè)方法電容檢測(cè)方法主要有主要有交流交流電橋法電橋法、充放電法充放電法和和諧振電路法諧振電路法等。等。第五章第五章 物位測(cè)量物位測(cè)量電容式液位計(jì)電容式液位計(jì) 棒狀電極（金屬管）外面包棒狀電極（金屬管）外面包裹聚四氟乙烯套管，當(dāng)被測(cè)液體裹聚四氟乙烯套管，當(dāng)被測(cè)液體的液面上升時(shí)，引起棒狀電極與的液面上升時(shí)，引起棒狀電極與導(dǎo)電液體之間的電容變大。導(dǎo)電液體之間的電容變大。 聚四氟乙烯外套聚四氟乙烯外套第五章第五章 物位測(cè)量物位測(cè)量電容式液位限位傳感器電容式液位限位傳感器 液位限位傳感器與液位變送器的液位限位傳感器與液位變送器的區(qū)別在于：它不給出模擬量，而是區(qū)別在于：它不給出

27、模擬量，而是給出開(kāi)關(guān)量。當(dāng)液位到達(dá)設(shè)定值時(shí)，給出開(kāi)關(guān)量。當(dāng)液位到達(dá)設(shè)定值時(shí)，它輸出低電平。但也可以選擇輸出它輸出低電平。但也可以選擇輸出為高電平的型號(hào)。為高電平的型號(hào)。第五章第五章 物位測(cè)量物位測(cè)量液位限位傳感器的設(shè)定液位限位傳感器的設(shè)定 智能化液位傳感器的設(shè)定方智能化液位傳感器的設(shè)定方法十分簡(jiǎn)單：法十分簡(jiǎn)單： 用手指壓住設(shè)定按鈕，當(dāng)液用手指壓住設(shè)定按鈕，當(dāng)液位達(dá)到設(shè)定值時(shí)，放開(kāi)按鈕，智位達(dá)到設(shè)定值時(shí)，放開(kāi)按鈕，智能儀器就記住該設(shè)定。正常使用能儀器就記住該設(shè)定。正常使用時(shí)，當(dāng)水位高于該點(diǎn)后，即可發(fā)時(shí)，當(dāng)水位高于該點(diǎn)后，即可發(fā)出報(bào)警信號(hào)和控制信號(hào)。出報(bào)警信號(hào)和控制信號(hào)。設(shè)定按鈕設(shè)定按鈕第五章第五

28、章 物位測(cè)量物位測(cè)量電阻式電阻式工作原理工作原理基于液位變化引起電極間電基于液位變化引起電極間電阻變化，通過(guò)檢測(cè)電阻變化阻變化，通過(guò)檢測(cè)電阻變化反映液位的情況。反映液位的情況。兩根電極由兩根材料、截面兩根電極由兩根材料、截面積相同的，具有大電阻率的積相同的，具有大電阻率的電阻棒組成，電阻棒兩端固電阻棒組成，電阻棒兩端固定并與容器絕緣。則其阻值定并與容器絕緣。則其阻值為為02()RHhRKhA電阻大小與液位高度成正比。電阻大小與液位高度成正比。第五章第五章 物位測(cè)量物位測(cè)量電感式電感式上限線圈上限線圈下限線圈下限線圈浮子浮子 電感式液位計(jì)利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象，液位變化引起電感式液位計(jì)利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象

29、，液位變化引起線圈電感變化，感應(yīng)電流也發(fā)生變化。線圈電感變化，感應(yīng)電流也發(fā)生變化。 電感式液位計(jì)既可進(jìn)行連續(xù)測(cè)量，也可進(jìn)行液位電感式液位計(jì)既可進(jìn)行連續(xù)測(cè)量，也可進(jìn)行液位定點(diǎn)控制。定點(diǎn)控制。 傳感器由傳感器由不導(dǎo)磁管子、導(dǎo)磁性浮子及線圈不導(dǎo)磁管子、導(dǎo)磁性浮子及線圈組成。組成。管子與被測(cè)容器相連通，管子內(nèi)的導(dǎo)磁性浮子浮管子與被測(cè)容器相連通，管子內(nèi)的導(dǎo)磁性浮子浮在液面上，當(dāng)液面高度變化時(shí)，浮子隨著移動(dòng)。在液面上，當(dāng)液面高度變化時(shí)，浮子隨著移動(dòng)。 線圈固定在液位上下限控制點(diǎn)，當(dāng)浮子隨液面移線圈固定在液位上下限控制點(diǎn)，當(dāng)浮子隨液面移動(dòng)到控制位置時(shí)，引起線圈感應(yīng)電勢(shì)變化，以此動(dòng)到控制位置時(shí)，引起線圈感應(yīng)電

30、勢(shì)變化，以此信號(hào)控制繼電器動(dòng)作，可實(shí)現(xiàn)上、下液位的報(bào)警信號(hào)控制繼電器動(dòng)作，可實(shí)現(xiàn)上、下液位的報(bào)警與控制。與控制。 第五章第五章 物位測(cè)量物位測(cè)量第五節(jié)第五節(jié) 聲學(xué)式物位檢測(cè)聲學(xué)式物位檢測(cè)超聲波性質(zhì)超聲波性質(zhì)（1）超聲波可以在氣體、液體及固體中傳播，并有各自的傳播速）超聲波可以在氣體、液體及固體中傳播，并有各自的傳播速度。例如在常溫下空氣中的聲速約為度。例如在常溫下空氣中的聲速約為334m/s，在水中的聲速約為，在水中的聲速約為1440 m/s，而在鋼鐵中約為，而在鋼鐵中約為5000 m/s。聲速不僅與介質(zhì)有關(guān)，而且。聲速不僅與介質(zhì)有關(guān)，而且還與介質(zhì)所處的狀態(tài)（如溫度）有關(guān)。還與介質(zhì)所處的狀態(tài)（

31、如溫度）有關(guān)。（2）聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)會(huì)被吸收而衰減，氣體吸收最強(qiáng)而衰減）聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)會(huì)被吸收而衰減，氣體吸收最強(qiáng)而衰減最大，液體其次，固體吸收最小而衰減最小，因此對(duì)于一給定強(qiáng)度最大，液體其次，固體吸收最小而衰減最小，因此對(duì)于一給定強(qiáng)度的電波，在氣體中傳播的距離會(huì)明顯比在液體和固體中傳播的距離的電波，在氣體中傳播的距離會(huì)明顯比在液體和固體中傳播的距離短。另外聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)衰減的程度還與聲波的頻率有關(guān)，頻短。另外聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)衰減的程度還與聲波的頻率有關(guān)，頻率越高，聲波的衰減也越大，因此率越高，聲波的衰減也越大，因此超聲波比其他聲波在傳播時(shí)的衰超聲波比其他聲波在傳播時(shí)的衰減更明顯減

32、更明顯。（3）聲波傳播時(shí)的方向性隨聲波的頻率的升高而變強(qiáng)，發(fā)射的聲）聲波傳播時(shí)的方向性隨聲波的頻率的升高而變強(qiáng)，發(fā)射的聲束也越尖銳，束也越尖銳，超聲波可近似為直線傳播，具有很好的方向性超聲波可近似為直線傳播，具有很好的方向性。第五章第五章 物位測(cè)量物位測(cè)量（4）當(dāng)聲波從一種介質(zhì)向另一種介質(zhì)傳播時(shí)，因?yàn)閮煞N介質(zhì)的）當(dāng)聲波從一種介質(zhì)向另一種介質(zhì)傳播時(shí)，因?yàn)閮煞N介質(zhì)的密度不同和聲波在其中傳播的速度不同，在分界面上聲波會(huì)產(chǎn)生密度不同和聲波在其中傳播的速度不同，在分界面上聲波會(huì)產(chǎn)生反射和折射，其反射系數(shù)反射和折射，其反射系數(shù)R為：為：221021coscoscoscosRIZZRIZZ式中式中 I IR

33、 R、I I0 0反射和入射聲波的聲強(qiáng)；反射和入射聲波的聲強(qiáng)；、聲波的入射角和反射角；聲波的入射角和反射角； Z Z1 1、Z Z2 2兩種介質(zhì)的聲阻抗，其值為兩種介質(zhì)的聲阻抗，其值為Z Z1 1= =1 1v v1 1， Z Z2 2= =2 2v v2 2 。在聲波垂直入射時(shí)，在聲波垂直入射時(shí)，0，0則，其反射系數(shù)變?yōu)閯t，其反射系數(shù)變?yōu)?2121ZZRZZ假設(shè)聲波從水傳播到空氣，在常溫下它們的聲阻抗約為假設(shè)聲波從水傳播到空氣，在常溫下它們的聲阻抗約為Z11.44106，Z24102，則得，則得R0.999。說(shuō)明當(dāng)聲波從液體或固體傳播到氣體，或相反的情況下，由于說(shuō)明當(dāng)聲波從液體或固體傳播到氣

34、體，或相反的情況下，由于兩種介質(zhì)的聲阻抗相差懸殊，聲波幾乎全部被反射。兩種介質(zhì)的聲阻抗相差懸殊，聲波幾乎全部被反射。第五章第五章 物位測(cè)量物位測(cè)量超聲波檢測(cè)原理超聲波檢測(cè)原理聲學(xué)式物位檢測(cè)方法就是利用超聲波的性質(zhì)，通過(guò)測(cè)量聲波從聲學(xué)式物位檢測(cè)方法就是利用超聲波的性質(zhì)，通過(guò)測(cè)量聲波從發(fā)射至接收到被測(cè)物位界面所反射的回波的時(shí)間間隔來(lái)確定物發(fā)射至接收到被測(cè)物位界面所反射的回波的時(shí)間間隔來(lái)確定物位的高低。位的高低。 超聲波發(fā)射器被置于容器底部，當(dāng)它超聲波發(fā)射器被置于容器底部，當(dāng)它向液面發(fā)射短促的脈沖時(shí)，在液面處向液面發(fā)射短促的脈沖時(shí)，在液面處產(chǎn)生反射，回波被超聲接收器接收。產(chǎn)生反射，回波被超聲接收器接

35、收。若超聲發(fā)射器和接收器到液面的距離若超聲發(fā)射器和接收器到液面的距離為為H，聲波在液體中的傳播速度為，聲波在液體中的傳播速度為v，則有如下簡(jiǎn)單關(guān)系：則有如下簡(jiǎn)單關(guān)系：12Hvt第五章第五章 物位測(cè)量物位測(cè)量（a）液介式，探頭固定安裝在液體中最低液位之下。）液介式，探頭固定安裝在液體中最低液位之下。（b）氣介式，探頭安裝在最高液位之上的空氣或其它氣體中。）氣介式，探頭安裝在最高液位之上的空氣或其它氣體中。（c）固介式，把一根傳聲固體棒插入液體中，上端要高出最高液）固介式，把一根傳聲固體棒插入液體中，上端要高出最高液位之上，探頭安裝在傳聲固體棒的上端。位之上，探頭安裝在傳聲固體棒的上端。采用采用自

36、發(fā)自收單探頭自發(fā)自收單探頭方式方式測(cè)量時(shí)的幾種基本方案測(cè)量時(shí)的幾種基本方案12HvtV的含義相同嗎？的含義相同嗎？基本方案基本方案第五章第五章 物位測(cè)量物位測(cè)量采用采用一發(fā)一收雙探頭一發(fā)一收雙探頭測(cè)量方測(cè)量方式測(cè)量時(shí)的幾種基本方案式測(cè)量時(shí)的幾種基本方案（d）雙探頭液介式）雙探頭液介式如果兩探頭的中心距為如果兩探頭的中心距為2a，聲波從探頭至液面的斜向路徑為，聲波從探頭至液面的斜向路徑為S，探，探頭至液面的垂直高度為頭至液面的垂直高度為L(zhǎng)，則，則12St22LSa一般情況下，兩個(gè)探頭安裝很近，即一般情況下，兩個(gè)探頭安裝很近，即a較小，所以在高液位較小，所以在高液位時(shí)時(shí)L值近似地與值近似地與S相等

37、，因此仍可用相等，因此仍可用S公式計(jì)算公式計(jì)算L值，不會(huì)產(chǎn)值，不會(huì)產(chǎn)生較大的誤差，但在低液位時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的計(jì)算誤差。生較大的誤差，但在低液位時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的計(jì)算誤差。第五章第五章 物位測(cè)量物位測(cè)量采用采用一發(fā)一收雙探頭一發(fā)一收雙探頭測(cè)量方測(cè)量方式測(cè)量時(shí)的幾種基本方案式測(cè)量時(shí)的幾種基本方案（e）雙探頭氣介式）雙探頭氣介式 如果兩探頭的中心距為如果兩探頭的中心距為2a，聲波從探頭至液面的斜向路徑為，聲波從探頭至液面的斜向路徑為S，探，探頭至液面的垂直高度為頭至液面的垂直高度為L(zhǎng)，則，則12St22LSa一般情況下，兩個(gè)探頭安裝很近，即一般情況下，兩個(gè)探頭安裝很近，即a較小，所以在高液位較小，所以在高

38、液位時(shí)時(shí)L值近似地與值近似地與S相等，因此仍可用相等，因此仍可用S公式計(jì)算公式計(jì)算L值，不會(huì)產(chǎn)值，不會(huì)產(chǎn)生較大的誤差，但在低液位時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的計(jì)算誤差。生較大的誤差，但在低液位時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的計(jì)算誤差。第五章第五章 物位測(cè)量物位測(cè)量采用采用一發(fā)一收雙探頭一發(fā)一收雙探頭測(cè)量方測(cè)量方式測(cè)量時(shí)的幾種基本方案式測(cè)量時(shí)的幾種基本方案（f）雙探頭固介式）雙探頭固介式 采用兩根傳聲固體，超聲波從發(fā)射探頭經(jīng)第一根固體傳采用兩根傳聲固體，超聲波從發(fā)射探頭經(jīng)第一根固體傳至液面，再經(jīng)液體傳至第二根固體，然后沿第二根固體至液面，再經(jīng)液體傳至第二根固體，然后沿第二根固體傳至接收探頭。傳至接收探頭。1()2LdLtv第五章

39、第五章 物位測(cè)量物位測(cè)量超聲波物位計(jì)的接收和發(fā)射超聲波物位計(jì)的接收和發(fā)射超聲波的接收和發(fā)射是基于超聲波的接收和發(fā)射是基于壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)和和逆壓電效應(yīng)逆壓電效應(yīng)。具有壓電。具有壓電效應(yīng)的壓電晶體在受到聲波聲壓的作用時(shí)，晶體兩端將會(huì)產(chǎn)生效應(yīng)的壓電晶體在受到聲波聲壓的作用時(shí)，晶體兩端將會(huì)產(chǎn)生與聲壓變化同步的電荷，從而把聲波（機(jī)械能）轉(zhuǎn)換成電能；與聲壓變化同步的電荷，從而把聲波（機(jī)械能）轉(zhuǎn)換成電能；反之，如果將交變電壓加在晶體兩個(gè)端面的極上，沿著晶體厚反之，如果將交變電壓加在晶體兩個(gè)端面的極上，沿著晶體厚度方向?qū)a(chǎn)生與所加交變電壓同頻率的機(jī)械振動(dòng)，向外發(fā)射聲度方向?qū)a(chǎn)生與所加交變電壓同頻率的機(jī)械振動(dòng)

40、，向外發(fā)射聲波，實(shí)現(xiàn)了電能與機(jī)械能的轉(zhuǎn)換。因此，用作超聲發(fā)射和接收波，實(shí)現(xiàn)了電能與機(jī)械能的轉(zhuǎn)換。因此，用作超聲發(fā)射和接收的壓電晶體也稱(chēng)的壓電晶體也稱(chēng)換能器換能器。換能器的核心是壓電片，根據(jù)不同的換能器的核心是壓電片，根據(jù)不同的需要，壓電片振動(dòng)方式有很多，如薄需要，壓電片振動(dòng)方式有很多，如薄片的厚度振動(dòng)，縱片的長(zhǎng)度振動(dòng)，橫片的厚度振動(dòng)，縱片的長(zhǎng)度振動(dòng)，橫片的長(zhǎng)度振動(dòng)，圓片的徑向振動(dòng)，圓片的長(zhǎng)度振動(dòng)，圓片的徑向振動(dòng)，圓管的厚度、長(zhǎng)度、徑向和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，管的厚度、長(zhǎng)度、徑向和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，彎曲振動(dòng)等。其中以薄片厚度振動(dòng)用彎曲振動(dòng)等。其中以薄片厚度振動(dòng)用的最多。的最多。 第五章第五章 物位測(cè)量物位測(cè)量在超聲

41、波檢測(cè)中，需選擇合適的超聲波能量。在超聲波檢測(cè)中，需選擇合適的超聲波能量。采用較高能量的超聲波：采用較高能量的超聲波：可以增加聲波在介質(zhì)中傳播的距離，適用于物位測(cè)量范圍較大的可以增加聲波在介質(zhì)中傳播的距離，適用于物位測(cè)量范圍較大的檢測(cè)系統(tǒng)；檢測(cè)系統(tǒng)；有利于提高檢測(cè)系統(tǒng)的測(cè)量精度。有利于提高檢測(cè)系統(tǒng)的測(cè)量精度。聲能過(guò)強(qiáng)會(huì)引起一些不利的超聲效應(yīng)，對(duì)測(cè)量產(chǎn)生影響。聲能過(guò)強(qiáng)會(huì)引起一些不利的超聲效應(yīng)，對(duì)測(cè)量產(chǎn)生影響。具有較高能量的超聲波在液體介質(zhì)中傳播易產(chǎn)生具有較高能量的超聲波在液體介質(zhì)中傳播易產(chǎn)生空化效應(yīng)空化效應(yīng)，大量，大量空化氣泡的形成將使超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)被吸收；空化氣泡的形成將使超聲波在介質(zhì)中

42、傳播時(shí)被吸收；引起介質(zhì)的引起介質(zhì)的溫升效應(yīng)溫升效應(yīng)，超聲能量超高，溫升也超高，易使介質(zhì)特，超聲能量超高，溫升也超高，易使介質(zhì)特性發(fā)生變化，從而降低測(cè)量精度。性發(fā)生變化，從而降低測(cè)量精度。措施措施：在物位檢測(cè)中一般采用較高頻的超聲脈沖。既減小了單位：在物位檢測(cè)中一般采用較高頻的超聲脈沖。既減小了單位時(shí)間內(nèi)超聲波的發(fā)射能量，同時(shí)又可提高超聲脈沖的幅值，前者有時(shí)間內(nèi)超聲波的發(fā)射能量，同時(shí)又可提高超聲脈沖的幅值，前者有利于減小空化效應(yīng)、溫升效應(yīng)等以及節(jié)約儀器的能耗，后者可提高利于減小空化效應(yīng)、溫升效應(yīng)等以及節(jié)約儀器的能耗，后者可提高測(cè)量精度。測(cè)量精度。 第五章第五章 物位測(cè)量物位測(cè)量超聲波換能器除了采

43、用壓電材料外，還有超聲波換能器除了采用壓電材料外，還有磁致伸縮材料磁致伸縮材料。在某些。在某些鐵磁材料及其合金（如鎳、鋅鐵合金、鋁鐵合金等）和某些鐵氧鐵磁材料及其合金（如鎳、鋅鐵合金、鋁鐵合金等）和某些鐵氧體做成的磁性體棒中，若沿某一方向施加磁場(chǎng)，則隨著磁場(chǎng)的強(qiáng)體做成的磁性體棒中，若沿某一方向施加磁場(chǎng)，則隨著磁場(chǎng)的強(qiáng)弱變化，材料沿這一方向的長(zhǎng)度就會(huì)發(fā)生變化，當(dāng)施加的交變磁弱變化，材料沿這一方向的長(zhǎng)度就會(huì)發(fā)生變化，當(dāng)施加的交變磁場(chǎng)的頻率與該磁性體棒的機(jī)械固有頻率相等時(shí)，磁性體棒就會(huì)產(chǎn)場(chǎng)的頻率與該磁性體棒的機(jī)械固有頻率相等時(shí)，磁性體棒就會(huì)產(chǎn)生共振，其伸縮量加大，這種現(xiàn)象稱(chēng)為生共振，其伸縮量加大，這

44、種現(xiàn)象稱(chēng)為磁致伸縮效應(yīng)磁致伸縮效應(yīng)，能產(chǎn)生這，能產(chǎn)生這種效應(yīng)的材料稱(chēng)為磁致伸縮材料。利用磁致伸縮效應(yīng)可以來(lái)產(chǎn)生種效應(yīng)的材料稱(chēng)為磁致伸縮材料。利用磁致伸縮效應(yīng)可以來(lái)產(chǎn)生超聲波。超聲波。磁致伸縮材料在外力（或應(yīng)力、應(yīng)變）作用下，引起內(nèi)部發(fā)生形磁致伸縮材料在外力（或應(yīng)力、應(yīng)變）作用下，引起內(nèi)部發(fā)生形變，產(chǎn)生應(yīng)力，使各種磁疇之間的界限發(fā)生移動(dòng)，磁疇磁化強(qiáng)度變，產(chǎn)生應(yīng)力，使各種磁疇之間的界限發(fā)生移動(dòng)，磁疇磁化強(qiáng)度矢量轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使材料的磁化強(qiáng)度和磁導(dǎo)率發(fā)生相應(yīng)的變化。這矢量轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使材料的磁化強(qiáng)度和磁導(dǎo)率發(fā)生相應(yīng)的變化。這種由于應(yīng)力使磁性材料磁性質(zhì)變化的現(xiàn)象稱(chēng)為種由于應(yīng)力使磁性材料磁性質(zhì)變化的現(xiàn)象稱(chēng)為壓

45、磁效應(yīng)壓磁效應(yīng)，又稱(chēng)，又稱(chēng)逆逆磁致伸縮效應(yīng)磁致伸縮效應(yīng)。在磁致伸縮材料外加一個(gè)線圈，可以把材料的磁性的變化轉(zhuǎn)化為在磁致伸縮材料外加一個(gè)線圈，可以把材料的磁性的變化轉(zhuǎn)化為線圈電流的變化，因此可用來(lái)接收超聲波。此外，利用逆磁致伸線圈電流的變化，因此可用來(lái)接收超聲波。此外，利用逆磁致伸縮效應(yīng)還可以進(jìn)行力、壓力等參數(shù)的檢測(cè)?？s效應(yīng)還可以進(jìn)行力、壓力等參數(shù)的檢測(cè)。第五章第五章 物位測(cè)量物位測(cè)量補(bǔ)償措施補(bǔ)償措施(超聲波傳播速度的補(bǔ)償超聲波傳播速度的補(bǔ)償)物位檢測(cè)的物位檢測(cè)的精度主要取決于精度主要取決于超聲脈沖的超聲脈沖的傳播時(shí)間傳播時(shí)間和超聲波在介和超聲波在介質(zhì)中的質(zhì)中的傳播速度傳播速度。前者可用適當(dāng)?shù)碾?/p>

46、路進(jìn)行精確測(cè)量，后者易。前者可用適當(dāng)?shù)碾娐愤M(jìn)行精確測(cè)量，后者易受介質(zhì)溫度、成分等變化的影響，因此，需要采取有效的補(bǔ)償受介質(zhì)溫度、成分等變化的影響，因此，需要采取有效的補(bǔ)償措施措施 。溫度補(bǔ)償溫度補(bǔ)償 如果聲波在被測(cè)介質(zhì)中的傳播速度主要隨溫度而變化，聲如果聲波在被測(cè)介質(zhì)中的傳播速度主要隨溫度而變化，聲速與溫度的關(guān)系為已知，而且假設(shè)聲波所穿越的介質(zhì)的溫度處速與溫度的關(guān)系為已知，而且假設(shè)聲波所穿越的介質(zhì)的溫度處處相等，則可以處相等，則可以在超聲波換能器附近安裝一個(gè)溫度傳感器，根在超聲波換能器附近安裝一個(gè)溫度傳感器，根據(jù)已知的聲速與溫度之間的函數(shù)關(guān)系，自動(dòng)進(jìn)行聲速的補(bǔ)償。據(jù)已知的聲速與溫度之間的函數(shù)關(guān)

47、系，自動(dòng)進(jìn)行聲速的補(bǔ)償。常用補(bǔ)償方法常用補(bǔ)償方法 溫度補(bǔ)償；設(shè)置校正具溫度補(bǔ)償；設(shè)置校正具第五章第五章 物位測(cè)量物位測(cè)量設(shè)置校正具設(shè)置校正具 在被測(cè)介質(zhì)中安裝兩在被測(cè)介質(zhì)中安裝兩組換能器探頭，一組組換能器探頭，一組用作測(cè)量探頭，另一用作測(cè)量探頭，另一組用作構(gòu)成聲速校正組用作構(gòu)成聲速校正用的探頭。校正探頭用的探頭。校正探頭到反射板的距離為已到反射板的距離為已知的固定長(zhǎng)度知的固定長(zhǎng)度 。由于校正探頭到反射板的距離為已知，測(cè)出聲脈沖從校正探頭由于校正探頭到反射板的距離為已知，測(cè)出聲脈沖從校正探頭到反射板的往返時(shí)間，則可得聲波在介質(zhì)中的傳播速度為：到反射板的往返時(shí)間，則可得聲波在介質(zhì)中的傳播速度為：0

48、002Lvt因?yàn)樾Ｕ筋^和測(cè)量探頭在同一介質(zhì)中，兩者的傳播速度相等因?yàn)樾Ｕ筋^和測(cè)量探頭在同一介質(zhì)中，兩者的傳播速度相等 00LHtt從而消除了聲速變化引起的測(cè)量誤差。從而消除了聲速變化引起的測(cè)量誤差。 第五章第五章 物位測(cè)量物位測(cè)量超聲波測(cè)量液位和物位原理超聲波測(cè)量液位和物位原理 在液罐上方安裝空氣傳在液罐上方安裝空氣傳導(dǎo)型超聲發(fā)射器和接收器，導(dǎo)型超聲發(fā)射器和接收器，根據(jù)超聲波的往返時(shí)間，就根據(jù)超聲波的往返時(shí)間，就可測(cè)得液體的液面?？蓽y(cè)得液體的液面。 第五章第五章 物位測(cè)量物位測(cè)量第六節(jié)第六節(jié) 射線式物位檢測(cè)射線式物位檢測(cè)q放射性同位素在蛻變過(guò)程中會(huì)放射出放射性同位素在蛻變過(guò)程中會(huì)放射出、三

49、種射線。三種射線。射線的電離本領(lǐng)最強(qiáng)，但穿透能力最弱。射線的電離本領(lǐng)最強(qiáng)，但穿透能力最弱。射線是電子流，電離本領(lǐng)比射線是電子流，電離本領(lǐng)比射線弱，而穿透能力較射線弱，而穿透能力較射線強(qiáng)。射線強(qiáng)。射線是一種從原子核中發(fā)出的電磁波，它的波長(zhǎng)較短，射線是一種從原子核中發(fā)出的電磁波，它的波長(zhǎng)較短，不帶電荷，它在物質(zhì)中的穿透能力比不帶電荷，它在物質(zhì)中的穿透能力比和和射線都強(qiáng)，但射線都強(qiáng)，但電離本領(lǐng)最弱。電離本領(lǐng)最弱。由于射線的可穿透性，它們常被用于情況特殊或環(huán)境條件由于射線的可穿透性，它們常被用于情況特殊或環(huán)境條件惡劣的場(chǎng)合實(shí)現(xiàn)各種參數(shù)的非接觸式檢測(cè)，如位移、材料惡劣的場(chǎng)合實(shí)現(xiàn)各種參數(shù)的非接觸式檢測(cè)，如

50、位移、材料的厚度及成分、流體密度、流量、物位等。的厚度及成分、流體密度、流量、物位等。第五章第五章 物位測(cè)量物位測(cè)量檢測(cè)原理檢測(cè)原理當(dāng)射線射入一定厚度的介質(zhì)時(shí)，部分能量被介質(zhì)所吸收，所穿透當(dāng)射線射入一定厚度的介質(zhì)時(shí)，部分能量被介質(zhì)所吸收，所穿透的射線強(qiáng)度隨著所通過(guò)的介質(zhì)厚度增加而減弱，其變化規(guī)律為：的射線強(qiáng)度隨著所通過(guò)的介質(zhì)厚度增加而減弱，其變化規(guī)律為： HeII0式中：式中： I0 、I為射入介質(zhì)前和通過(guò)介質(zhì)后的射線強(qiáng)度；為射入介質(zhì)前和通過(guò)介質(zhì)后的射線強(qiáng)度；為介質(zhì)對(duì)射線的吸為介質(zhì)對(duì)射線的吸收系數(shù)；收系數(shù)；H為射線所通過(guò)的介質(zhì)厚度。為射線所通過(guò)的介質(zhì)厚度。當(dāng)射線源和被測(cè)介質(zhì)一定時(shí)，當(dāng)射線源和被

51、測(cè)介質(zhì)一定時(shí)，I0和和都為常數(shù)。測(cè)出通過(guò)介質(zhì)后都為常數(shù)。測(cè)出通過(guò)介質(zhì)后的射線強(qiáng)度的射線強(qiáng)度I，便可求出被測(cè)介質(zhì)的厚度，便可求出被測(cè)介質(zhì)的厚度H。 第五章第五章 物位測(cè)量物位測(cè)量檢測(cè)系統(tǒng)組成檢測(cè)系統(tǒng)組成射線式物位檢測(cè)系統(tǒng)主要由射線式物位檢測(cè)系統(tǒng)主要由射線源射線源、射線探測(cè)器射線探測(cè)器和和電子線路電子線路等部分組成。等部分組成。 射線源射線源 主要從射線的種類(lèi)、射線的強(qiáng)度以及主要從射線的種類(lèi)、射線的強(qiáng)度以及使用的時(shí)間等方面考慮選擇合適的放射性同位使用的時(shí)間等方面考慮選擇合適的放射性同位素和所使用的量。由于在物位檢測(cè)中一般需要素和所使用的量。由于在物位檢測(cè)中一般需要射線穿透的距離較長(zhǎng)，因此常采用穿透力較強(qiáng)射線穿透的距離較長(zhǎng)，因此常采用穿透力較強(qiáng)的的射線。射線。 探測(cè)器探測(cè)器