模塊6——物位與流量檢測

1、模塊模塊6 物位與流量檢測物位與流量檢測主要內(nèi)容：單元1 磁致伸縮式液位檢測單元2 光纖激光耦合式物位檢測單元3 電磁式流量檢測 物位是指測量液態(tài)和粉粒狀材料的液面和裝載高度。在某些工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中，需要實(shí)時(shí)監(jiān)控一些設(shè)備裝置中特定液體的高低變化或固體粉末的高度，保證生產(chǎn)連續(xù)性和設(shè)備安全性。在連續(xù)生產(chǎn)的情況下，維持某些設(shè)備中液位高度的穩(wěn)定，對(duì)保證生產(chǎn)和設(shè)備的安全是必不可少的。 在工業(yè)生產(chǎn)過程中需要進(jìn)行物質(zhì)流量測量的場合隨處可見，流體流量測量對(duì)于節(jié)約能源、防止大氣污染和生產(chǎn)過程自動(dòng)化是必不可少的。隨著社會(huì)的發(fā)展，人們越來越注重節(jié)能減排，提高資源利用率，流量計(jì)量和測試的重要性也更為突出。流量檢測技術(shù)

2、廣泛應(yīng)用于冶金、化工、水處理、能源、生產(chǎn)制造等領(lǐng)域。模塊模塊6 6 物位與流量檢測物位與流量檢測 【引導(dǎo)語引導(dǎo)語】 模塊模塊6 6 物位與流量檢測物位與流量檢測 【引導(dǎo)語引導(dǎo)語】 液位測量控制物位測量控制1物位檢測的概念 測量塊狀、顆粒狀和粉料等固體物料堆積高度，或表面位置的儀表稱為料位計(jì)；測量罐、塔和槽等容器內(nèi)液體高度，或液面位置的儀表稱為液位計(jì)，又稱液面計(jì)；測量容器中兩種互不溶解液體或固體與液體相界面位置的儀表稱為相界面計(jì)。 物位測量儀表的種類很多，常用的有直讀式液位計(jì)、差壓式物位儀表、浮力式液位計(jì)、電容式物位儀表、聲波式物位儀表和核輻射物位儀表。此外，還有電觸點(diǎn)式、翻板式和機(jī)械葉輪探測式

3、等物位測量儀表。 【背景知識(shí)背景知識(shí)】 模塊模塊6 6 物位與流量檢測物位與流量檢測 物位檢測儀表主要特性【背景知識(shí)背景知識(shí)】 模塊模塊6 6 物位與流量檢測物位與流量檢測 類別類別適用對(duì)象適用對(duì)象測量范測量范圍圍/m允許溫度允許溫度/允許壓力允許壓力/MPa測量方法測量方法安裝方式安裝方式直讀式玻璃管式液位1.5100150常壓連續(xù)側(cè)面、旁通管玻璃板式液位31001506.4連續(xù)側(cè)面靜壓式壓力式液位50200常壓連續(xù)側(cè)面吹氣式液位16200常壓連續(xù)側(cè)面差壓式液位、界位2520040連續(xù)側(cè)面浮力式浮子式液位2.51506.4連續(xù)、定點(diǎn)側(cè)面、頂置浮筒式液位、界位2.520032連續(xù)側(cè)面、頂置翻板

4、式液位2.4-201206.4連續(xù)側(cè)面、旁通管物位檢測儀表主要特性【背景知識(shí)背景知識(shí)】 模塊模塊6 6 物位與流量檢測物位與流量檢測 類別類別適用對(duì)象適用對(duì)象測量范圍測量范圍/m允許溫度允許溫度/允許壓力允許壓力/MPa測量方法測量方法安裝方式安裝方式機(jī)械接觸式重錘式料位、界位50500常壓連續(xù)、斷續(xù)頂置旋翼式液位安裝位置定80常壓定點(diǎn)頂置音叉式液位、料位安裝位置定1504定點(diǎn)側(cè)面、頂置電氣式電阻式液位、料位安裝位置定2001連續(xù)、定點(diǎn)側(cè)面、頂置電容式液位、料位5040032連續(xù)、定點(diǎn)頂置其他超聲式液位、料位601500.8連續(xù)、定點(diǎn)頂置微波式液位、料位601501連續(xù)頂置核輻射式液位、料位2

5、0無要求隨容器定連續(xù)、定點(diǎn)側(cè)面光纖激光式液位、料位65-1050常壓連續(xù)頂置磁致伸縮液位、界位23-19642720連續(xù)頂置2流量檢測的概念 通常人們稱謂的流量有多種不同含義，如河水流量、網(wǎng)絡(luò)流量、空間流量、手機(jī)流量等。此處的流量特指工業(yè)流體流量，即單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)封閉管道或明渠有效截面的流體量，又稱瞬時(shí)流量。 當(dāng)流體量以體積表示時(shí)稱為體積流量；當(dāng)流體量以質(zhì)量表示時(shí)稱為質(zhì)量流量。 單位時(shí)間通過流管內(nèi)某一橫截面的流體的體積，稱為該橫截面的體積流量。簡稱為流量，用Q來表示。 在某段時(shí)間內(nèi)流體通過的體積或質(zhì)量總量稱為累積流量或流過總量，它是體積流量或質(zhì)量流量在該段時(shí)間中的積分。流體介質(zhì)通常包括氣體、液

6、體及粉狀物質(zhì)。【背景知識(shí)背景知識(shí)】 模塊模塊6 6 物位與流量檢測物位與流量檢測 單元單元1 1 磁致伸縮式液位檢測磁致伸縮式液位檢測 【問題引入問題引入】 工業(yè)生產(chǎn)過程中，常常需要測量各種液體高度、體積等參數(shù)，用于自動(dòng)化生產(chǎn)過程中的液位控制、報(bào)警、數(shù)據(jù)分析及處理，以達(dá)到自動(dòng)檢測，快速數(shù)據(jù)處理，提高生產(chǎn)的自動(dòng)化程度。 在合成氨生產(chǎn)過程中銅洗塔塔底液位控制，如液位過高，精煉氣就會(huì)帶液，導(dǎo)致合成塔觸媒中毒；反之，如液位過低時(shí)，會(huì)失去液體密封作用，發(fā)生高壓氣沖入再生系統(tǒng)，造成嚴(yán)重的事故。要完成這樣一系列生產(chǎn)控制需求，首先必須準(zhǔn)確無誤地測量出需要控制的參數(shù)，即液位。 單元單元1 1 磁致伸縮式液位檢測

7、磁致伸縮式液位檢測 【問題分析問題分析】 1磁致伸縮式液位傳感器 磁致伸縮液位傳感器可進(jìn)行液位、界位的連續(xù)測量，工作溫度范圍大，精度高，測量范圍大，壓力范圍大，可對(duì)大部分液體如石油、化工原料、生化、醫(yī)藥、食品飲料和加油站等各種液罐的液位工業(yè)計(jì)量和控制，水庫水位監(jiān)測與污水處理等，但不能測量高黏度液體和泥漿及有壓、自聚、有腐蝕、有毒液體測量。磁致伸縮效應(yīng)： 鐵磁性物質(zhì)在外磁場的作用下，其尺寸伸長（或縮短），去掉外磁場后，其又恢復(fù)原來的長度，這種現(xiàn)象稱為磁致伸縮效應(yīng)。 單元單元1 1 磁致伸縮式液位檢測磁致伸縮式液位檢測 【問題分析問題分析】 1磁致伸縮式液位傳感器 磁致伸縮液位傳感器由探測桿、磁致

8、伸縮線（波導(dǎo)線）、電路單元和浮球等組成。探測桿外管為不銹鋼保護(hù)管，內(nèi)部為波導(dǎo)線（磁致伸縮材料制成），浮球沿探測桿隨液面上升或下降，浮球內(nèi)裝有永久磁鐵，構(gòu)成非接觸磁環(huán)，并在周圍形成磁場。 單元單元1 1 磁致伸縮式液位檢測磁致伸縮式液位檢測 【問題分析問題分析】 1磁致伸縮式液位傳感器 電路單元定時(shí)發(fā)出詢問脈沖，沿波導(dǎo)線向下傳播，周圍產(chǎn)生一個(gè)脈沖電流磁場,當(dāng)與浮球內(nèi)磁場相交時(shí)，浮球磁場發(fā)生改變。由于磁致伸縮的作用，浮球處的波導(dǎo)線內(nèi)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)應(yīng)變機(jī)械波脈沖，并以固定的音速傳輸，被檢測電路單元的脈沖檢測器拾取。 通過測量起始脈沖與返回脈沖之間的時(shí)間間隔，即可精確地確定被測液位的高度。 單元單元1 1

9、 磁致伸縮式液位檢測磁致伸縮式液位檢測 【問題分析問題分析】 1磁致伸縮式液位傳感器單元單元1 1 磁致伸縮式液位檢測磁致伸縮式液位檢測 【問題分析問題分析】 2磁致伸縮液位計(jì) 在周期脈沖發(fā)生器中，由晶振和計(jì)數(shù)器調(diào)節(jié)控制時(shí)鐘頻率，向波導(dǎo)線發(fā)送激勵(lì)電流脈沖信號(hào)；信號(hào)拾取模塊中，檢測器感知接收回波信號(hào)，應(yīng)變機(jī)械波信號(hào)濾波和放大后，進(jìn)行零位或峰值檢波，確定應(yīng)變機(jī)械波從浮球處傳到檢測線圈的時(shí)間， 在每一個(gè)周期內(nèi)對(duì)電壓比較電路處理后的脈沖信號(hào)積分，經(jīng)過過壓保護(hù)電路和放大電路后調(diào)整到合適的輸出電壓，將位置信息轉(zhuǎn)換成4-20mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)形式輸出。 液位計(jì)電路原理圖 單元單元1 1 磁致伸縮式液位檢測磁致

10、伸縮式液位檢測 【問題分析問題分析】 2磁致伸縮液位計(jì)液位計(jì)信號(hào)連接示意圖 磁致伸縮液位計(jì)實(shí)物單元單元1 1 磁致伸縮式液位檢測磁致伸縮式液位檢測 【知識(shí)鏈接知識(shí)鏈接】 1磁致伸縮材料的主要性能指標(biāo) （1）居里點(diǎn) 也稱居里溫度或磁性轉(zhuǎn)變點(diǎn)，即材料磁性消失的溫度點(diǎn)。（2）最大磁導(dǎo)率 磁致伸縮材料對(duì)應(yīng)的基本磁化曲線上各點(diǎn)磁導(dǎo)率的最大值。（3）飽和磁化強(qiáng)度 磁性材料在外加磁場中被磁化時(shí)所能夠達(dá)到的最大磁化強(qiáng)度時(shí)的磁場強(qiáng)度。飽和磁化強(qiáng)度是鐵磁性物質(zhì)的一個(gè)特性，是溫度的函數(shù)。（4）線磁致伸縮系數(shù) 鐵磁材料由于磁化狀態(tài)的改變引起彈性變形的現(xiàn)象。對(duì)于長度為l的磁體磁化時(shí)，長度的相對(duì)變化=l/l稱為線磁致伸縮

11、系數(shù)。材料的值隨磁化場的增加而增大，在達(dá)到某一磁場時(shí)，磁化強(qiáng)度M達(dá)到飽和值，也達(dá)到飽和值s。 單元單元1 1 磁致伸縮式液位檢測磁致伸縮式液位檢測 【知識(shí)鏈接知識(shí)鏈接】 1磁致伸縮材料的主要性能指標(biāo) （5）機(jī)電耦合系數(shù)Ke 又稱為機(jī)電耦合因子，它是衡量磁致伸縮材料（壓磁材料）處于自由振動(dòng)狀態(tài)而其工作頻率遠(yuǎn)低于共振頻率時(shí)，材料中能夠轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的磁能Em與材料中總磁能 Et之間關(guān)系的一個(gè)系數(shù)，即Ke=Em/Et。此值與材料磁化狀態(tài)有關(guān)。（6）磁致伸縮應(yīng)力常數(shù) 磁致伸縮材料因外加磁場所產(chǎn)生的應(yīng)力Tm與外加磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度Bm之比。（7）磁致伸縮應(yīng)變常數(shù) 在自由狀態(tài)下磁致伸縮材料因外加磁場所產(chǎn)生的應(yīng)

12、變S與外加磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度Bm之比。單元單元1 1 磁致伸縮式液位檢測磁致伸縮式液位檢測 【知識(shí)鏈接知識(shí)鏈接】 2磁致伸縮材料的種類 主要有磁致伸縮的金屬與合金、鐵氧體磁致伸縮材料和稀土金屬間化合物磁致伸縮材料三大類。 （1）金屬、合金磁致伸縮材料 主要有鎳、鐵、鈷、鋁類合金與鎳銅鈷鐵氧陶瓷，其磁致伸縮系數(shù)為10-5量級(jí)。如鋱鐵金屬化合物、鐵鈷釩合金。 （2）鐵氧體磁致伸縮材料 典型的鐵氧體材料有鎳鐵氧體、鎳鈷鐵氧體、鎳銅鈷鐵氧體等，其機(jī)電耦合系數(shù)范圍在0.2-0.3，適用于數(shù)千赫茲到100千赫茲的頻率范圍。（3）稀土金屬間化合物磁致伸縮材料 線磁致伸縮系數(shù)大；能量轉(zhuǎn)換效率高達(dá)70%；其彈性模

13、量隨磁場而變化，可調(diào)控；響應(yīng)時(shí)間短；頻率特性好等特點(diǎn)。單元單元1 1 磁致伸縮式液位檢測磁致伸縮式液位檢測 【應(yīng)用案例應(yīng)用案例】 【案例1】加油站液位檢測控制 油位監(jiān)測系統(tǒng)主要用于油庫的自動(dòng)化管理，能及時(shí)掌握油罐的油位、溫度等狀態(tài)參數(shù)，可以大大提高油庫的作業(yè)效率、安全系數(shù)，增強(qiáng)系統(tǒng)的應(yīng)急處理能力。 單元單元1 1 磁致伸縮式液位檢測磁致伸縮式液位檢測 【應(yīng)用案例應(yīng)用案例】 【案例1】加油站液位檢測控制 傳感器為磁致伸縮液位傳感器，由于測量單元可探測到由同一詢問脈沖產(chǎn)生的連續(xù)返回脈沖，故可以在同一傳感器上配上多個(gè)活動(dòng)磁浮子，同時(shí)進(jìn)行液位、界位多參數(shù)測量。單元單元1 1 磁致伸縮式液位檢測磁致伸縮

14、式液位檢測 【問題分析問題分析】 【案例2】水處理系統(tǒng)液位檢測 為提高水處理系統(tǒng)的自動(dòng)化、智能化，需要整體系統(tǒng)的重要參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，如壓力、流量、液位、pH值、溶氧值等。原水、加藥罐、過濾、沉降池、曝氣池等水量的監(jiān)控則需通過液位檢測實(shí)現(xiàn)。 單元單元1 1 磁致伸縮式液位檢測磁致伸縮式液位檢測 【實(shí)踐項(xiàng)目實(shí)踐項(xiàng)目】 液位測量及控制1項(xiàng)目要求 理解磁致伸縮原理，認(rèn)識(shí)磁致伸縮液位傳感器。通過實(shí)踐操作，掌握磁致伸縮液位計(jì)的特性、適用場合，能夠根據(jù)實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行傳感器的量程、安裝方式等進(jìn)行選型并正確安裝；能夠完成線纜的選擇及連接，完成液位測量。2設(shè)備與工具 0.1級(jí)電流表一只、24V穩(wěn)壓電源一臺(tái)；磁致伸縮液

15、位計(jì)一只，導(dǎo)線若干，液罐或塑料桶一只，長度適中的水管；常用電工工具、裝配工具各一套。單元單元1 1 磁致伸縮式液位檢測磁致伸縮式液位檢測 【實(shí)踐項(xiàng)目實(shí)踐項(xiàng)目】 3操作步驟（1）按圖進(jìn)行液位計(jì)安裝，并接線（三線制液位計(jì)為例）。液位計(jì)安裝示意圖 液位測量接線圖 單元單元1 1 磁致伸縮式液位檢測磁致伸縮式液位檢測 【實(shí)踐項(xiàng)目實(shí)踐項(xiàng)目】 （2）基本誤差校準(zhǔn)。依次緩慢增高儲(chǔ)槽液位，讀取標(biāo)準(zhǔn)電流表數(shù)值和液位計(jì)指示值；依次緩慢降低儲(chǔ)槽液位，讀取標(biāo)準(zhǔn)電流表數(shù)值和液位計(jì)指示值。正向和反向校準(zhǔn)的誤差若超過允許值，則對(duì)液位計(jì)零點(diǎn)、量程進(jìn)行調(diào)整，直至符合要求為止。（3）報(bào)警設(shè)定值校準(zhǔn) 在報(bào)警設(shè)定值附近改變液位，當(dāng)觸

16、點(diǎn)動(dòng)作時(shí)讀取標(biāo)準(zhǔn)電流表數(shù)值和液位計(jì)指示值，若報(bào)警設(shè)定值誤差超過允許值，則調(diào)整報(bào)警部分感光位置，直至符合要求。（4）如所選液位計(jì)無報(bào)警功能，可根據(jù)步驟（2）記錄的數(shù)據(jù)對(duì)液位計(jì)進(jìn)行標(biāo)定。在輸出端OUT及接地端（-）之間并接250電阻，將之轉(zhuǎn)換為15V電壓輸出，并根據(jù)前述標(biāo)定結(jié)果獲取輸出電壓/液位關(guān)系函數(shù)。（5）如所選液位計(jì)無顯示模塊，可選用透明容器，并將卷尺固定于外壁進(jìn)行校準(zhǔn)或標(biāo)定。單元單元1 1 磁致伸縮式液位檢測磁致伸縮式液位檢測 【拓展提高拓展提高】 1電容液位計(jì) 適用于各種導(dǎo)電液體、非導(dǎo)電液體的液位或固體粉狀料位的遠(yuǎn)距離連續(xù)檢測和顯示。 通過電容傳感器將液位的變化變換成電容量的變化，然后由

17、電容量轉(zhuǎn)換電路（如橋式電路、調(diào)頻電路、脈沖寬度調(diào)制電路）將電容量的變化轉(zhuǎn)換成電流、電壓或頻率等電信號(hào)，從而獲知液位數(shù)值。 電容液位測量原理rRLCln211單元單元1 1 磁致伸縮式液位檢測磁致伸縮式液位檢測 【拓展提高拓展提高】 2雷達(dá)液位計(jì) 由雷達(dá)（Radar）技術(shù)衍化而來，故相應(yīng)的測量儀表俗稱雷達(dá)液位計(jì)。雷達(dá)液位計(jì)因?yàn)榫哂袦y量準(zhǔn)確度高、可實(shí)現(xiàn)非接觸測量、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)等特點(diǎn)，在石油、化工、水泥等行業(yè)中應(yīng)用顯現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢。 雷達(dá)液位檢測原理 H=L-d=L-ct/2 H被測液位高度（m）；L天線到儲(chǔ)罐底部的距離（m）；D天線到液面的距離（m）；T發(fā)射至接受的時(shí)間差（s）；c微波的傳播速度

18、（km/s）。單元單元2 2 光纖激光耦合式物位檢測光纖激光耦合式物位檢測 【問題引入問題引入】 料位是指固態(tài)物料（礦石、煤、谷類等）物位，是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的一個(gè)重要參數(shù)。例如火電廠中的干熄焦的測量、炭灰的料位高度；氧化鋁粉料倉位檢測；糧倉的堆料高度；火電廠貯存容器料位測量等。對(duì)料位進(jìn)行精確測量及控制，可增強(qiáng)生產(chǎn)過程的自動(dòng)化程度，提高生產(chǎn)效率，確保生產(chǎn)工藝的正確執(zhí)行。 常用的料位測量測量方法電容式、超聲波、雷達(dá)測量法，利用激光測距法實(shí)現(xiàn)料位檢測，利用核輻射射線能穿透很厚的壁以實(shí)現(xiàn)不接觸測量，因而可用于高壓、高溫和有毒的密封容器料位測量等。單元單元2 2 光纖激光耦合式物位檢測光纖激光耦合式物位檢

19、測 【問題分析問題分析】 1光纖的傳光原理 光纖是一種多層介質(zhì)結(jié)構(gòu)的對(duì)稱圓柱體，包括纖芯、包層、涂敷層及護(hù)套。 光纖的結(jié)構(gòu) 光纖實(shí)物 單元單元2 2 光纖激光耦合式物位檢測光纖激光耦合式物位檢測 【問題分析問題分析】 1光纖的傳光原理 圓柱形結(jié)構(gòu)： 纖芯包層保護(hù)層 單元單元2 2 光纖激光耦合式物位檢測光纖激光耦合式物位檢測 【問題分析問題分析】 1光纖的傳光原理 當(dāng)一束光線以一定的入射角1從介質(zhì)1射到介質(zhì)2的分界面上時(shí)，一部分能量反射回原介質(zhì)；另一部分能量則透過分界面，在另一介質(zhì)內(nèi)繼續(xù)傳播。單元單元2 2 光纖激光耦合式物位檢測光纖激光耦合式物位檢測 【問題分析問題分析】 1光纖的傳光原理

20、減小入射角時(shí)，進(jìn)入介質(zhì)2的折射光與分界面的夾角將相應(yīng)減小。達(dá)到臨界角c，折射波只能在介質(zhì)分界面上傳播。當(dāng)入射角小于c時(shí)，入射光線將發(fā)生全反射。單元單元2 2 光纖激光耦合式物位檢測光纖激光耦合式物位檢測 【問題分析問題分析】 1光纖的傳光原理單元單元2 2 光纖激光耦合式物位檢測光纖激光耦合式物位檢測 【問題分析問題分析】 1光纖的傳光原理 利用全反射原理制成的光纖燈飾單元單元2 2 光纖激光耦合式物位檢測光纖激光耦合式物位檢測 【問題分析問題分析】 2激光及其特性（1）激光產(chǎn)生機(jī)理 處于高能級(jí)E2的原子在外來光的誘發(fā)下，會(huì)從高能級(jí)跳到（躍遷）到低能級(jí)E1而發(fā)光，稱為光的受激輻射。 受激發(fā)出的

21、光子與外來光子具有相同的頻率、傳播方向和偏振狀態(tài)。在某種狀態(tài)下，能出現(xiàn)一個(gè)弱光激發(fā)出一個(gè)強(qiáng)光的現(xiàn)象。這就叫做“受激輻射的光放大”，簡稱激光。 （2）激光的特性 單色性 激光發(fā)射的各個(gè)光子頻率相同，頻率寬度窄，因此激光是最好的單色光源。 相干性 受激輻射的光子在相位上是一致的，具有空間相干性很好。 方向性 激光束的發(fā)散角很小，幾乎是一平行的光線。 單元單元2 2 光纖激光耦合式物位檢測光纖激光耦合式物位檢測 【問題分析問題分析】 3激光測距技術(shù) 時(shí)差法：是通過光束在待測距離上往返傳播時(shí)間來計(jì)算距離，D=ct/2（c為激光傳播速度）。 相位差法：通過測定參考信號(hào)與經(jīng)被測目標(biāo)反射后的信號(hào)的相位差，便

22、可以間接求得往返時(shí)間t及待測距離D：422121fcctD光信號(hào)往返測距系統(tǒng)與目標(biāo)一次所產(chǎn)生的相位差；f激光光強(qiáng)調(diào)制信號(hào)的頻率（Hz）；c激光傳播速度（m/s）；=c/f 為激光的波長。單元單元2 2 光纖激光耦合式物位檢測光纖激光耦合式物位檢測 【問題分析問題分析】 3激光測距技術(shù)相位差法激光測距原理 單元單元2 2 光纖激光耦合式物位檢測光纖激光耦合式物位檢測 【問題分析問題分析】 4光纖激光耦合式料位傳感器 將相位差激光測距法及光纖傳光特性結(jié)合，即可構(gòu)成光纖激光耦合式料位傳感器。 光纖激光耦合式料位檢測示意圖 單元單元2 2 光纖激光耦合式物位檢測光纖激光耦合式物位檢測 【知識(shí)鏈接知識(shí)鏈

23、接】 1光纖的類型（1）單模光纖 單模光纖只能允許一束光傳播，沒有模分散特性，單模光纖的纖芯相應(yīng)較細(xì)，傳輸頻帶寬、容量大，傳輸距離長，但因其需要激光源，成本較高。單元單元2 2 光纖激光耦合式物位檢測光纖激光耦合式物位檢測 【知識(shí)鏈接知識(shí)鏈接】 1光纖的類型（2）多模光纖 多模光纖允許多束光在光纖中同時(shí)傳播。多模光纖的芯線粗，傳輸速度低、距離短，整體的傳輸性能差，但其成本比較低。單元單元2 2 光纖激光耦合式物位檢測光纖激光耦合式物位檢測 【知識(shí)鏈接知識(shí)鏈接】 1光纖的類型（3）階躍型折射率光纖 纖芯和包層的折射率都為一常數(shù)，但在界面處呈階躍式變化，其中芯的折射率，分布是均勻的。纖芯到玻璃包層

24、的折射率是突變的，只有一個(gè)臺(tái)階。傳輸模式很多，各種模式的傳輸路徑不一樣，經(jīng)傳輸后到達(dá)終點(diǎn)的時(shí)間也不相同，因而產(chǎn)生時(shí)延差，使光脈沖受到展寬。光纖的模間色散高，傳輸頻帶不寬。 單元單元2 2 光纖激光耦合式物位檢測光纖激光耦合式物位檢測 【知識(shí)鏈接知識(shí)鏈接】 1光纖的類型（4）漸變型折射率光纖 光纖中心到玻璃包層的折射率逐漸變小，可使高次模的光按正弦形式傳播，這能減少模間色散，提高光纖帶寬，增加傳輸距離，但成本較高，現(xiàn)在的多模光纖多為漸變型光纖。單元單元2 2 光纖激光耦合式物位檢測光纖激光耦合式物位檢測 【知識(shí)鏈接知識(shí)鏈接】 2光纖傳感器 傳光型光纖傳感器：僅起傳輸光信號(hào)的作用。 功能型光纖傳感

25、器：利用光纖本身的特性隨被測量發(fā)生變化的一種光纖傳感器。既起著傳輸光信號(hào)作用，又可作敏感元件，所以又稱為傳感型光纖傳感器。 光纖壓力傳感器傳感型光纖液位檢測傳光型單元單元2 2 光纖激光耦合式物位檢測光纖激光耦合式物位檢測 【知識(shí)鏈接知識(shí)鏈接】 3激光器 利用受激輻射原理使光在某些受激發(fā)的物質(zhì)中放大或振蕩發(fā)射的器件。 （1）固體激光器（晶體和玻璃），所采用的工作物質(zhì)，是通過把能夠產(chǎn)生受激輻射作用的金屬離子摻入晶體或玻璃基質(zhì)中構(gòu)成發(fā)光中心而制成的；（2）氣體激光器，所采用的工作物質(zhì)是氣體，如二氧化碳、He-Ne激光器等；（3）液體激光器，所采用的工作物質(zhì)主要包括兩類，一類是有機(jī)熒光染料溶液，另一

26、類是含有稀土金屬離子的無機(jī)化合物溶液，其中金屬離子（如釹 Nd）起工作粒子作用，而無機(jī)化合物液體（如亞硫酰氯 SeOCl2）則起基質(zhì)的作用；單元單元2 2 光纖激光耦合式物位檢測光纖激光耦合式物位檢測 【知識(shí)鏈接知識(shí)鏈接】 3激光器（4）半導(dǎo)體激光器，以一定的半導(dǎo)體材料作工作物質(zhì)而產(chǎn)生受激發(fā)射作用，其原理是通過一定的激勵(lì)方式（電注入、光泵或高能電子束注入），在半導(dǎo)體物質(zhì)的能帶之間或能帶與雜質(zhì)能級(jí)之間，通過激發(fā)非平衡載流子而實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生光的受激發(fā)射作用，目前比較成熟的有砷化鎵激光二極管。 He-Ne激光器 激光二極單元單元2 2 光纖激光耦合式物位檢測光纖激光耦合式物位檢測 【應(yīng)用案

27、例應(yīng)用案例】 【案例1】固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)劑料位檢測 火箭發(fā)動(dòng)機(jī)依靠推進(jìn)劑在燃燒室中高壓燃燒產(chǎn)生尾氣，并排出高溫高速尾氣來獲得推力。 固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)劑在裝藥過程中，需要對(duì)裝藥進(jìn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控以確保藥量精確可靠。在整個(gè)過程中，被測物質(zhì)不允許接觸，且裝藥現(xiàn)場也不能使用帶電檢測設(shè)備。因此使用光纖式料位檢測可滿足要求。固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)示意圖 單元單元2 2 光纖激光耦合式物位檢測光纖激光耦合式物位檢測 【應(yīng)用案例應(yīng)用案例】 【案例2】煤倉料位檢測 煤礦生產(chǎn)主要分井下與井上兩部分。井下主要是采煤與皮帶傳輸?shù)骄稀＞喜糠职ㄊ窃簝?chǔ)存，洗煤及成品煤儲(chǔ)運(yùn)。 為保證連續(xù)生產(chǎn)，產(chǎn)出原煤需及時(shí)儲(chǔ)存于原煤倉。原煤經(jīng)

28、洗煤后，形成不同形式的煤炭產(chǎn)品，儲(chǔ)于成品煤倉。 為調(diào)節(jié)產(chǎn)、運(yùn)、銷之間產(chǎn)生的平衡，保證礦井和運(yùn)輸部門正常和均衡生產(chǎn)，必須實(shí)時(shí)了解原煤倉，成品煤倉的料位情況，指導(dǎo)井下生產(chǎn)與井上煤炭外運(yùn)工作，煤礦料位監(jiān)控系統(tǒng)必須達(dá)到準(zhǔn)確、穩(wěn)定、實(shí)時(shí)、不間斷地對(duì)所有料倉進(jìn)行測量。 單元單元2 2 光纖激光耦合式物位檢測光纖激光耦合式物位檢測 【應(yīng)用案例應(yīng)用案例】 【案例2】煤倉料位檢測 礦井煤倉分布示意圖 煤倉料位監(jiān)測系統(tǒng)的原理圖 單元單元2 2 光纖激光耦合式物位檢測光纖激光耦合式物位檢測 【應(yīng)用案例應(yīng)用案例】 光纖溫度傳感器保護(hù)管內(nèi)為高溫光纖低溫光纖單元單元2 2 光纖激光耦合式物位檢測光纖激光耦合式物位檢測 【

29、應(yīng)用案例應(yīng)用案例】 光纖式光電開關(guān)反射型反射型遮斷型遮斷型反射鏡反射型反射鏡反射型單元單元2 2 光纖激光耦合式物位檢測光纖激光耦合式物位檢測 【應(yīng)用案例應(yīng)用案例】 光纖液位檢測單元單元2 2 光纖激光耦合式物位檢測光纖激光耦合式物位檢測 【應(yīng)用案例應(yīng)用案例】 光纖流速檢測單元單元2 2 光纖激光耦合式物位檢測光纖激光耦合式物位檢測 【實(shí)踐項(xiàng)目實(shí)踐項(xiàng)目】 簡易光纖料位傳感器的制作 1項(xiàng)目要求 認(rèn)知光纖的傳光、傳感原理，通過資料查詢及實(shí)際操作，能夠完成光纖式定值料位測量電路的制作及調(diào)試。2設(shè)備與工具 數(shù)字萬用表；光纖、塑料桶、紅外發(fā)光二極管、紅外光敏三極管、電阻、電容、集成運(yùn)放等；常用電工組裝工

30、具一套。3操作步驟（1）利用塑料桶制作模擬料倉，在上下限料位預(yù)留光纖安裝位置，制作進(jìn)料口和出料口。（2）利用紅外發(fā)光二極管制作光源電路。單元單元2 2 光纖激光耦合式物位檢測光纖激光耦合式物位檢測 【實(shí)踐項(xiàng)目實(shí)踐項(xiàng)目】 （3）安裝光纖和光源電路（如圖），確保安裝位置正確，無障礙物時(shí)接收光纖能獲取發(fā)射光纖的光信號(hào)。（4）制作紅外光敏三極管的探測電路，利用運(yùn)放構(gòu)成簡易比較器電路，測量信號(hào)為開關(guān)輸出型，并以LED燈做信號(hào)指示。（5）從進(jìn)料添加物料，查看檢測信號(hào)是否正常。（6）如光信號(hào)較弱，可將光源通過光纖耦合器接入光纖。簡易開關(guān)型光纖料位檢測 單元單元2 2 光纖激光耦合式物位檢測光纖激光耦合式物位

31、檢測 【拓展提高拓展提高】 1光纖電流傳感器 感應(yīng)元件是一段鎳護(hù)套光纖， 若通過螺線管的電流不同，螺線管中的磁場就不同，鎳護(hù)套受此磁場的作用發(fā)生磁滯伸縮，使光纖在徑向軸向受到應(yīng)力，從而纖芯折射率和長度都發(fā)生變化，引起信號(hào)臂與參考臂的相位差異，通過探測相位差來探測電流的大小。 單元單元2 2 光纖激光耦合式物位檢測光纖激光耦合式物位檢測 【拓展提高拓展提高】 2光纖加速度傳感器 激光束通過分光板后分為兩束光，透射光作為參考光束，反射光作為測量光束。當(dāng)傳感器感受加速度時(shí)，由于質(zhì)量塊M對(duì)光纖的作用，從而使光纖被拉伸，引起光程差的改變，光束合產(chǎn)生干涉效應(yīng)。干涉條紋的移動(dòng)可由光電接收裝置轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)

32、過處理電路處理后便可正確地測出加速度值。 單元單元3 3 電磁式流量檢測電磁式流量檢測 【問題引入問題引入】 流量是化工生產(chǎn)過程中的重要參數(shù)之一，為了控制生產(chǎn)過程能定態(tài)進(jìn)行，就必須經(jīng)常了解操作條件，如壓強(qiáng)、流量等，并加以調(diào)節(jié)和控制。流量與溫度、壓力和物位一起統(tǒng)稱為過程控制中的四大參數(shù)，人們通過這些參數(shù)對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)視與控制。對(duì)流體流量進(jìn)行正確測量和調(diào)節(jié)是保證生產(chǎn)過程安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低物質(zhì)消耗、提高經(jīng)濟(jì)效益、實(shí)現(xiàn)科學(xué)管理的基礎(chǔ)。 如，管道煤氣或石油液化氣、成品油、自來水，均需通過累計(jì)流量檢測用于貿(mào)易結(jié)算，并且測量準(zhǔn)確度需滿足國家的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。流量測量往往跟企業(yè)的效益有直接的聯(lián)系，是

33、進(jìn)行貿(mào)易結(jié)算的依據(jù)。 【問題引入問題引入】 流量監(jiān)控系統(tǒng)單元單元3 3 電磁式流量檢測電磁式流量檢測 【問題分析問題分析】 流量測量方法有很多，如利用節(jié)流流量計(jì)、玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)、渦輪流量計(jì)、渦街流量計(jì)、質(zhì)量流量計(jì)、電磁流量計(jì)、超聲流量計(jì)、容積式流量計(jì)等等。 電磁式流量傳感器基于電磁感應(yīng)原理制成，不需在被測管道內(nèi)設(shè)置渦輪、擋板、節(jié)流裝置等阻流部件，因而測量過程不受被測介質(zhì)的溫度、壓力、密度、黏度等影響，也不會(huì)影響原有介質(zhì)的流體參數(shù)。流體運(yùn)動(dòng)與流速與流量單元單元3 3 電磁式流量檢測電磁式流量檢測 【問題分析問題分析】 節(jié)流流量計(jì)玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)單元單元3 3 電磁式流量檢測電磁式流量檢測 【問題分

34、析問題分析】 渦輪流量計(jì)單元單元3 3 電磁式流量檢測電磁式流量檢測 【問題分析問題分析】 渦街流量計(jì)單元單元3 3 電磁式流量檢測電磁式流量檢測 【問題分析問題分析】 質(zhì)量流量計(jì)單元單元3 3 電磁式流量檢測電磁式流量檢測 【問題分析問題分析】 板孔流量計(jì)單元單元3 3 電磁式流量檢測電磁式流量檢測 【問題分析問題分析】 1電磁式流量傳感器的工作原理 電磁式流量傳感器工作原理 導(dǎo)電性液體介質(zhì)在磁場中垂直于磁力線方向流過，由于切割磁力線，在流通管道兩側(cè)的電極上將產(chǎn)生感應(yīng)電勢，感應(yīng)電勢的大小與流體速度有關(guān)，通過測量此電勢可求得流體流量。單元單元3 3 電磁式流量檢測電磁式流量檢測 【問題分析問題

35、分析】 1電磁式流量傳感器的工作原理 如果已知導(dǎo)管內(nèi)徑和磁場的磁通密度，那么就可以通過對(duì)電動(dòng)勢的測定，求出容積流量。電磁式流量傳感器工作原理1-鐵芯；2-電極；3-勵(lì)磁線圈；4-絕緣導(dǎo)管；5-被測液體 DvBe BDevDQ442單元單元3 3 電磁式流量檢測電磁式流量檢測 【問題分析問題分析】 2電磁流量計(jì) 電磁式流量計(jì)由傳感器和轉(zhuǎn)換器兩部分構(gòu)成。傳感器基于電磁感應(yīng)原理，用來測量電導(dǎo)率大于5S/cm導(dǎo)電液體的體積流量，是一種測量導(dǎo)電介質(zhì)體積流量的感應(yīng)式儀表?？蓽y量一般導(dǎo)電液體的體積流量外，還可用于測量強(qiáng)酸強(qiáng)堿等強(qiáng)腐蝕液體和泥漿、礦漿、紙漿等均勻的液固兩相懸浮液體的體積流量。 電磁流量計(jì)結(jié)構(gòu)

36、單元單元3 3 電磁式流量檢測電磁式流量檢測 【問題分析問題分析】 2電磁流量計(jì) 按轉(zhuǎn)換器與傳感器組裝方式分類，有分體型和一體型。分體型電磁流量計(jì)一體型電磁流量計(jì)單元單元3 3 電磁式流量檢測電磁式流量檢測 【知識(shí)鏈接知識(shí)鏈接】 1電磁流量計(jì)的特點(diǎn)（1）沒有機(jī)械可動(dòng)部分，安裝使用簡單可靠。（2）電極的距離正好為導(dǎo)管的內(nèi)徑，因此沒有妨礙流體流動(dòng)的障礙，壓力損失極小。（3）能夠得到與容積流量成正比的輸出信號(hào)。（4）測量結(jié)果不受流體粘度、壓力、溫度、密度等物理參數(shù)的影響。（5）由于電動(dòng)勢是通過導(dǎo)管斷面處的平均流速求得的，因此受流速分布影響較小。（6）測量范圍寬，可以從0. 005190000m3h。

37、（7）測量的精度高，可達(dá)0.5%。單元單元3 3 電磁式流量檢測電磁式流量檢測 【知識(shí)鏈接知識(shí)鏈接】 2電磁流量計(jì)的安裝 單元單元3 3 電磁式流量檢測電磁式流量檢測 【知識(shí)鏈接知識(shí)鏈接】 3電磁流量計(jì)的接線 （a）線纜穿接示意圖 （b）接線端子 分體型電磁流量計(jì)接線圖 單元單元3 3 電磁式流量檢測電磁式流量檢測 【知識(shí)鏈接知識(shí)鏈接】 3電磁流量計(jì)的接線 一體型電磁流量計(jì)接線圖 單元單元3 3 電磁式流量檢測電磁式流量檢測 【應(yīng)用案例應(yīng)用案例】 【案例1】污水處理流量檢測 污水處理工藝中，需根據(jù)要求，每個(gè)階段都需要配置相應(yīng)的傳感器或檢測儀表來進(jìn)行監(jiān)測配置，構(gòu)成可靠的控制系統(tǒng)。 某水處理工藝流程1-流量計(jì)；2-液位計(jì)；3-pH計(jì)；4-溫度計(jì)；5-濁度計(jì)；6-余氯分析儀；7-反沖洗流量計(jì)；8-阻塞顯示器；9-液位傳感器單元單元3 3 電磁式流量檢測電磁式流量檢測 【應(yīng)用案例應(yīng)用案例】 【案例2】智能農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng) 智能微噴農(nóng)業(yè)灌溉控制