《物位及厚度檢測》教學(xué)課件

第4章物位及厚度檢測浮力式物位檢測靜壓式物位檢測電容式物位計(jì)超聲波傳感器與物位、厚度檢測微波式傳感器核輻射物位與厚度檢測電渦流傳感器及厚度檢測第4章物位及厚度檢測浮力式物位檢測1第4章物位及厚度檢測

物位是液位、料位和相界面的統(tǒng)稱。用來對物位進(jìn)展測量的傳感器稱為物位傳感器，由此制成的儀表稱為物位計(jì)。液位是指開口容器或密封容器中液體介質(zhì)液面的上下，用來測量液位的儀表稱為液位計(jì)；料位是指固體粉狀或顆粒物在容器中堆積的高度，用來測量料位的儀表稱為料位計(jì)；相界面是指兩種液體介質(zhì)的分界面，用來測量分界面的儀表稱為界面計(jì)。物位檢測方法：直讀法、浮力法、靜壓法、電容法、核輻射法、超聲波法、激光法、微波法等。機(jī)械量測量中，常用測厚儀，如超聲波測厚儀、核輻射式測厚儀、紅外線測厚儀、激光測厚儀、微波測厚儀等。第4章物位及厚度檢測物位是液位、料位2靜壓式液位變送器浮球液位變送器浮球液位變送器靜壓式液位變送器靜壓式液位變送器浮球液位變送器浮球液位變送器靜壓式液位變送器3電容式物位變送器超聲波物位變送器電容式物位變送器超聲波物位變送器4

假設(shè)測料位，那么超聲波物位計(jì)安裝在容器頂部。假設(shè)測料位，那么超聲波物位計(jì)安裝在容器頂部。54.1浮力式物位檢測

浮力式物位檢測的根本原理是通過測量漂浮于被測液面上的浮子〔也稱浮標(biāo)〕隨液面變化而產(chǎn)生的位移來檢測液位；或利用沉浸在被測液體中的浮筒〔也稱沉筒〕所受的浮力與液面位置的關(guān)系來檢測液位。前者一般稱為恒浮力式檢測，后者一般稱為變浮力式檢測。4.1.1恒浮力式物位檢測原理如下圖密閉容器？高溫、粘度大的液體？4.1浮力式物位檢測浮力式物位檢測的根本原理是通過測量漂64.1浮力式物位檢測4.1.2變浮力式物位檢測變浮力式物位檢測原理如下圖，當(dāng)浮筒的重力與彈簧的彈力到達(dá)平衡時(shí)，浮筒才停頓移動(dòng)，平衡條件為

浮筒的重力差動(dòng)變壓器4.1浮力式物位檢測4.1.2變浮力式物位檢測浮74.1浮力式物位檢測設(shè)液位高度為H，浮筒由于向上移動(dòng)實(shí)際侵沒在液體中的長度為h

，浮筒移動(dòng)的距離即彈簧的位移改變量△x為

根據(jù)力平衡可知

從而被測液位H可表示為

4.1浮力式物位檢測設(shè)液位高度為H，浮筒由于向上移動(dòng)實(shí)際侵84.2

靜壓式物位檢測

4.2.1靜壓式物位檢測原理靜壓式物位檢測方法是根據(jù)液柱靜壓與液柱高度成正比的原理來實(shí)現(xiàn)的，其原理如下圖。

4.2靜壓式物位檢測4.2.1靜壓式物位檢測原理94.2

靜壓式物位檢測4.2.2

壓力式液位計(jì)

一、壓力計(jì)式液位計(jì)二、法蘭液位計(jì)

4.2靜壓式物位檢測4.2.2壓力式液位計(jì)104.2

靜壓式物位檢測三、吹氣式液位計(jì)4.2.3壓差式液位計(jì)用測量差壓的方法來獲得液位，如下圖。4.2靜壓式物位檢測三、吹氣式液位計(jì)114.2

靜壓式物位檢測4.2.4

量程遷移

一、無遷移二、負(fù)遷移三、正遷移

由上述可知，正、負(fù)遷移的實(shí)質(zhì)是通過遷移彈簧改變變送器的零點(diǎn)，即同時(shí)改變量程的上、下限，而量程的大小不變。

4.2靜壓式物位檢測4.2.4量程遷移124.2

靜壓式物位檢測差壓變送器測量液位原理圖4.2靜壓式物位檢測差壓變送器測量液位原理圖134.2

靜壓式物位檢測差壓變送器的正、負(fù)遷移示意圖4.2靜壓式物位檢測差壓變送器的正、負(fù)遷移示意圖14

4.3

電容式物位計(jì)

電容式物位傳感器是利用被測物的介電常數(shù)與空氣〔或真空〕不同的特點(diǎn)進(jìn)展檢測的。一般由電容式物位傳感器和檢測電容的測量電路組成?？捎糜诟鞣N導(dǎo)電、非導(dǎo)電液體的液位或粉狀料位的測量，也可實(shí)現(xiàn)液位或料位的自動(dòng)記錄和自動(dòng)控制〔調(diào)節(jié)〕。4.3.1電容式物位計(jì)原理構(gòu)造形式如以下圖示，當(dāng)中間所充介質(zhì)的介電常數(shù)為ε1時(shí)，那么兩圓筒間的電容量為4.3電容式物位計(jì)電容式物位傳感器是利用被測物的介電常154.3

電容式物位計(jì)假設(shè)兩圓筒形電極間的一局部被介電常數(shù)為ε2的非導(dǎo)電性液體所浸沒，那么引起電容增量

邊緣效應(yīng)?假設(shè)為導(dǎo)電性液體，可在內(nèi)電極外加絕緣覆蓋層，見后。4.3電容式物位計(jì)假設(shè)兩圓筒形電極間的一局部被164.3

電容式物位計(jì)4.3.2電容式物位傳感器一、測量導(dǎo)電液體的電容式物位傳感器4.3電容式物位計(jì)4.3.2電容式物位傳感器174.3

電容式物位計(jì)二、測量非導(dǎo)電液體的電容式物位傳感器粉末狀非導(dǎo)電固體料位？粘滯非導(dǎo)電液體液位？p.1534.3電容式物位計(jì)二、測量非導(dǎo)電液體的電容式物位傳感器粉末184.3

電容式物位計(jì)4.3.3電容式物位傳感器應(yīng)用舉例晶體管電容料位指示儀原理圖，p.1544.3電容式物位計(jì)4.3.3電容式物位傳感器應(yīng)用舉例晶體19習(xí)題:1.請選用電容傳感器設(shè)計(jì)一水塔水位測量與控制系統(tǒng)。要求：①畫出原理框圖；②簡要說明測控原理；③給出一種具體的傳感器信號調(diào)理電路〔轉(zhuǎn)換電路〕。習(xí)題:1.請選用電容傳感器設(shè)計(jì)一水塔水位測量與控制系統(tǒng)。20討論題:超聲傳感器的根本原理是什么？微波傳感器的根本原理是什么？核輻射傳感器的根本原理是什么？討論題:超聲傳感器的根本原理是什么？21①AM播送:中頻465KHz,中波載頻約535~1605KHz,短波載頻約1.6~26MHz(收音機(jī)上分幾個(gè)波段),頻帶標(biāo)準(zhǔn)9KHz；②FM播送:中頻10.7MHz,載頻約88~108MHz,頻帶標(biāo)準(zhǔn)200KHz；③電視:各頻道頻率范圍8MHz,伴音(FM)載頻比圖像(AM)載頻高6.5MHz,第一伴音中頻載頻31.5MHz,第二伴音中頻載頻6.5MHz,圖像中頻載頻38.0MHz.無線電波的頻〔波〕段劃分表：①AM播送:中頻465KHz,中波載頻約535~1622

①音〔聲〕頻：AF〔audiofrequency〕，人耳能聽到的振動(dòng)頻率，20Hz~20KHz。②視頻：VF〔videofrequency〕，在電視或雷達(dá)技術(shù)中，由圖像轉(zhuǎn)換而成的電信號的頻率，一般零至數(shù)MHz。③射頻：RF〔radiofrequency〕，無線電波的頻率，3KHz~3000GHz，此范圍的電波可用天線輻射出去。①音〔聲〕頻：AF〔audiofrequency〕，人耳23其他常用波長表〔自由空間〕：①微波(1m~1mm或0.1mm/300MHz~300GHz或3000GHz)(家用微波爐12.2cm/2456MHz)②紅外線(0.75mm~0.76μm)(遠(yuǎn)、中、近)③可見光(0.76~0.39μm)④紫外線(0.39~0.005μm)⑤X射線(0.005~10-8μm)⑥γ射線(<10-8μm)其他常用波長表〔自由空間〕：①微波(1m~1mm或0.1244.4超聲波傳感器與物位、厚度檢測

4.4.1超聲波檢測原理一、超聲涉及其波型人耳所能聽到的聲波在20~20000Hz之間，頻率超過20000Hz，人耳不能聽到的聲波稱為超聲波。1.縱波2.橫波3.外表波二、超聲波的傳播速度聲速不僅與介質(zhì)有關(guān)，而且還與介質(zhì)所處的狀態(tài)有關(guān)。4.4超聲波傳感器與物位、厚度檢測4.4.1超聲波檢測254.4超聲波傳感器與物位、厚度檢測三、擴(kuò)散角四、反射與折射

1.反射定律2.折射定律3.反射系數(shù)

五、聲波的衰減氣體吸收最強(qiáng)而衰減最大，液體其次，固體吸收最小而衰減最小。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。

4.4超聲波傳感器與物位、厚度檢測三、擴(kuò)散角264.4超聲波傳感器與物位、厚度檢測4.4.2超聲波傳感器

超聲波傳感器，也稱為超聲波換能器，也稱為超聲波探頭。

4.4超聲波傳感器與物位、厚度檢測4.4.2超聲波傳感器274.4超聲波傳感器與物位、厚度檢測4.4.3超聲波傳感器測物位超聲波物位傳感器根據(jù)使用特點(diǎn)可分為定點(diǎn)式物位計(jì)和連續(xù)式物位計(jì)兩大類。一、超聲式物位傳感器的特點(diǎn)二、定點(diǎn)式超聲物位計(jì)1.聲阻式液位計(jì)如圖，聲阻式液位計(jì)構(gòu)造簡單，使用方便。4.4超聲波傳感器與物位、厚度檢測4.4.3超聲波傳感284.4超聲波傳感器與物位、厚度檢測2.液介穿透式超聲液位計(jì)構(gòu)造如下圖，該液位計(jì)構(gòu)造簡單，不受被測介質(zhì)物理性質(zhì)的影響，工作平安可靠。4.4超聲波傳感器與物位、厚度檢測2.液介穿透式超聲液位計(jì)294.4超聲波傳感器與物位、厚度檢測3.氣介穿透式超聲物位計(jì)三、連續(xù)式超聲物位計(jì)

1.液介超聲液位計(jì)

2.氣介超聲物位計(jì)

4.4超聲波傳感器與物位、厚度檢測3.氣介穿透式超聲物位計(jì)304.4超聲波傳感器與物位、厚度檢測4.4.4超聲波傳感器測厚度超聲波法測厚常用脈沖回波法。測厚的原理如下圖。4.4超聲波傳感器與物位、厚度檢測4.4.4超聲波傳31

4.5

微波式傳感器

微波是波長為1m~0.1mm〔0.3~3000GHz〕〔家用微波爐12.2cm/2.456GHz〕電磁波，既具有電磁波的性質(zhì)，又與普通的無線電涉及光波不同。它廣泛應(yīng)用于液位、物位、厚度及含水量的測量中。4.5.1微波傳感器一、微波振蕩器及微波天線微波振蕩器和微波天線是微波傳感器的重要組成局部，構(gòu)成微波振蕩器的器件有速調(diào)管、磁控管或某些固體器件。由微波振蕩器產(chǎn)生的振蕩信號需要用波導(dǎo)管(波長在10cm以上可用同軸電纜)傳輸，并通過天線發(fā)射出去，常用的天線有喇叭形天線、拋物面天線和介質(zhì)線等。4.5微波式傳感器微波是波長為1m~0.1mm〔0.3324.5

微波式傳感器二、微波傳感器微波傳感器的敏感元件可認(rèn)為是一個(gè)微波場。其它局部可視為一個(gè)轉(zhuǎn)換器和接收器，如圖示。微波傳感器可分為反射式與遮斷式兩種。①反射式微波傳感器②遮斷式微波傳感器4.5微波式傳感器二、微波傳感器334.5

微波式傳感器

4.5.2微波傳感器測物位與液位

一、微波物位計(jì)微波物位計(jì)原理如圖示。當(dāng)被測物位低于設(shè)定物位時(shí)，接收天線接收的功率為

4.5微波式傳感器4.5.2微波傳感器測物位與液位344.5

微波式傳感器當(dāng)被測物位升高到天線所在高度時(shí)，接收天線

接收的功率為二、微波液位計(jì)

微波液位計(jì)原理如圖示，接收天線接收到的功率Pr為

4.5微波式傳感器當(dāng)被測物位升高到天線所在高度時(shí)，接收天線35

4.6

核輻射物位與厚度檢測

核輻射傳感器的測量原理是利用射線〔核輻射粒子流〕的電離作用、穿透能力、物質(zhì)對射線的吸收、散射〔反射/反散射〕等核輻射規(guī)律，常用于氣體成分、材料厚度、物質(zhì)密度、物位、材料內(nèi)傷等檢測。核輻射傳感器一般由放射源〔放射性同位素〕、探測器、電信號轉(zhuǎn)換電路等構(gòu)成。4.6.1放射源和探測器一、射線的種類及衰變規(guī)律①α粒子：即氦核，帶正電，質(zhì)量大，速度高，能量大〔一般4～10Mev〕，電離作用強(qiáng)，在氣體和固體中的射程都短〔幾厘米和幾十微米〕。4.6核輻射物位與厚度檢測核輻射傳感器的測量原理是利用364.6

核輻射物位與厚度檢測②β粒子：電子，帶負(fù)電，速度更高，電離能力較弱，射程較長〔在氣體中的射程可達(dá)20m〕，易散射和改變運(yùn)動(dòng)方向。③γ射線：光子，不帶電，光速，電離能力弱，穿透能力強(qiáng)〔能穿過幾十厘米厚的固體物質(zhì)〕，在氣體中的射程長〔數(shù)百米〕。4.6核輻射物位與厚度檢測②β粒子：電子，帶負(fù)電，速374.6

核輻射物位與厚度檢測二、射線與物質(zhì)的相互作用1.帶電粒子與物質(zhì)的相互作用2.γ射線與物質(zhì)的相互作用

三、常用探測器探測器就是核輻射的接收器，它是核輻射傳感器的重要組成局部。其用途就是將核輻射信號轉(zhuǎn)換成電信號，從而探測出射線的強(qiáng)弱和變化，主要有電離室、閃爍計(jì)數(shù)器和蓋格計(jì)數(shù)等。4.6核輻射物位與厚度檢測二、射線與物質(zhì)的相互作用384.6

核輻射物位與厚度檢測1.電離室2.閃爍計(jì)數(shù)器

4.6核輻射物位與厚度檢測1.電離室394.6

核輻射物位與厚度檢測4.6.2測量電路

常用的測量電路有電離室前置放大電路和閃爍計(jì)數(shù)器的前置放大電路。電離室前置放大電路如圖示。

4.6核輻射物位與厚度檢測4.6.2測量電路404.6

核輻射物位與厚度檢測4.6.3

核輻射厚度計(jì)4.6.4核輻射液位計(jì)

4.6核輻射物位與厚度檢測4.6.3核輻射厚度計(jì)41

4.7

電渦流傳感器及厚度檢測

電渦流式傳感器是基于電渦流效應(yīng)制成的傳感器。特點(diǎn)與用途？〔p.174〕4.7.1渦流效應(yīng)金屬導(dǎo)體置于交變磁場中，導(dǎo)體內(nèi)會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，這種電流像水中旋渦那樣在導(dǎo)體內(nèi)轉(zhuǎn)圈，所以稱之為電渦流或渦流。這種現(xiàn)象就稱為渦流效應(yīng)。形成渦流必須具備以下兩個(gè)條件：①存在交變磁場②導(dǎo)電體處于交變磁場中渦流的大小與哪些因素有關(guān)？〔p.174〕4.7電渦流傳感器及厚度檢測電渦流式傳感器424.7

電渦流傳感器及厚度檢測4.7.2高頻反射式渦流傳感器一、工作原理Z、L、Q均變化，可選其一轉(zhuǎn)化為電量，例如二、構(gòu)造形式

x4.7電渦流傳感器及厚度檢測4.7.2高頻反射式渦流434.7

電渦流傳感器及厚度檢測高頻反射式渦流傳感器高頻反射式渦流位移傳感器4.7電渦流傳感器及厚度檢測高頻反射式渦流傳感器高頻反射式444.7

電渦流傳感器及厚度檢測三、測量電路

1.電橋電路

L1、L2可以是差動(dòng)傳感器的兩個(gè)線圈，也可一個(gè)是傳感器線圈，另一個(gè)是平衡用的固定線圈。L1L2調(diào)制？同步檢波？4.7電渦流傳感器及厚度檢測三、測量電路L1L2調(diào)制454.7

電渦流傳感器及厚度檢測2.諧振調(diào)幅電路

相當(dāng)于恒流源，穩(wěn)流、穩(wěn)頻。R用于降低傳感器對振蕩器的影響i04.7電渦流傳感器及厚度檢測2.諧振調(diào)幅電路相當(dāng)于恒流源464.7電渦流傳感器及厚度檢測

軟磁材料非磁性材料

非磁性材料4.7電渦流傳感器及厚度檢測軟磁材料非磁性材料非磁474.7電渦流傳感器及厚度檢測①電容三點(diǎn)式振蕩器②電壓跟隨器

3.調(diào)頻式測量電路VCCUO4.7電渦流傳感器及厚度檢測①電容三點(diǎn)式振蕩器3.調(diào)頻式484.7電渦流傳感器及厚度檢測四、應(yīng)用舉例〔測量厚度〕渦流傳感器可非接觸地測量金屬板厚度和非金屬板的鍍層厚度如下圖。抖動(dòng)→比較方法測量。無損探傷？4.7電渦流傳感器及厚度檢測四、應(yīng)用舉例〔測量厚度〕無損探494.7

電渦流傳感器及厚度檢測4.7.3低頻透射式渦流傳感器一、低頻透射式渦流傳感器測厚原理兩線圈之間不存在被測材料M，E由u的幅值、頻率及L1、L2的構(gòu)造和相對位置決定，為定值。兩線圈之間存在被測材料M，E隨h變化，故可測h。h

4.7電渦流傳感器及厚度檢測4.7.3低頻透射式渦504.7

電渦流傳感器及厚度檢測

低頻透射式電渦流測厚傳感器4.7電渦流傳感器及厚度檢測低頻透射式電渦流測厚傳感器514.7電渦流傳感器及厚度檢測二、注意的問題1.M中的渦流i的大小不僅取決于h，且與金屬板M的電阻率ρ有關(guān)，于是引起相應(yīng)的測試誤差，并限制了測厚范圍。2.為使交變電勢E與厚度h得到較好的線性關(guān)系，應(yīng)選用較低的測試頻率f，通常選1KHz。此時(shí)靈敏度較低?！惨娨韵聢D〕3.頻率f一定，當(dāng)被測材料的電阻率ρ不同時(shí)，引起了E=f(ｔ)曲線形狀的變化。4.7電渦流傳感器及厚度檢測二、注意的問題52不同頻率下的e=f(h)曲線

4.7電渦流傳感器及厚度檢測不同頻率下的e=f(h)曲線4.7電渦流傳感器及厚度檢測53習(xí)題:1.在軋制鋼板的過程中，測量和控制鋼板的厚度很重要。請選用電渦流傳感器設(shè)計(jì)一鋼板厚度測量與控制系統(tǒng)。要求：①畫出原理框圖；②簡要說明測控原理；③給出一種具體的傳感器信號調(diào)理電路〔轉(zhuǎn)換電路〕。習(xí)題:1.在軋制鋼板的過程中，測量和控制鋼板的厚度很重要54第4章物位及厚度檢測浮力式物位檢測靜壓式物位檢測電容式物位計(jì)超聲波傳感器與物位、厚度檢測微波式傳感器核輻射物位與厚度檢測電渦流傳感器及厚度檢測第4章物位及厚度檢測浮力式物位檢測55第4章物位及厚度檢測

物位是液位、料位和相界面的統(tǒng)稱。用來對物位進(jìn)展測量的傳感器稱為物位傳感器，由此制成的儀表稱為物位計(jì)。液位是指開口容器或密封容器中液體介質(zhì)液面的上下，用來測量液位的儀表稱為液位計(jì)；料位是指固體粉狀或顆粒物在容器中堆積的高度，用來測量料位的儀表稱為料位計(jì)；相界面是指兩種液體介質(zhì)的分界面，用來測量分界面的儀表稱為界面計(jì)。物位檢測方法：直讀法、浮力法、靜壓法、電容法、核輻射法、超聲波法、激光法、微波法等。機(jī)械量測量中，常用測厚儀，如超聲波測厚儀、核輻射式測厚儀、紅外線測厚儀、激光測厚儀、微波測厚儀等。第4章物位及厚度檢測物位是液位、料位56靜壓式液位變送器浮球液位變送器浮球液位變送器靜壓式液位變送器靜壓式液位變送器浮球液位變送器浮球液位變送器靜壓式液位變送器57電容式物位變送器超聲波物位變送器電容式物位變送器超聲波物位變送器58

假設(shè)測料位，那么超聲波物位計(jì)安裝在容器頂部。假設(shè)測料位，那么超聲波物位計(jì)安裝在容器頂部。594.1浮力式物位檢測

浮力式物位檢測的根本原理是通過測量漂浮于被測液面上的浮子〔也稱浮標(biāo)〕隨液面變化而產(chǎn)生的位移來檢測液位；或利用沉浸在被測液體中的浮筒〔也稱沉筒〕所受的浮力與液面位置的關(guān)系來檢測液位。前者一般稱為恒浮力式檢測，后者一般稱為變浮力式檢測。4.1.1恒浮力式物位檢測原理如下圖密閉容器？高溫、粘度大的液體？4.1浮力式物位檢測浮力式物位檢測的根本原理是通過測量漂604.1浮力式物位檢測4.1.2變浮力式物位檢測變浮力式物位檢測原理如下圖，當(dāng)浮筒的重力與彈簧的彈力到達(dá)平衡時(shí)，浮筒才停頓移動(dòng)，平衡條件為

浮筒的重力差動(dòng)變壓器4.1浮力式物位檢測4.1.2變浮力式物位檢測浮614.1浮力式物位檢測設(shè)液位高度為H，浮筒由于向上移動(dòng)實(shí)際侵沒在液體中的長度為h

，浮筒移動(dòng)的距離即彈簧的位移改變量△x為

根據(jù)力平衡可知

從而被測液位H可表示為

4.1浮力式物位檢測設(shè)液位高度為H，浮筒由于向上移動(dòng)實(shí)際侵624.2

靜壓式物位檢測

4.2.1靜壓式物位檢測原理靜壓式物位檢測方法是根據(jù)液柱靜壓與液柱高度成正比的原理來實(shí)現(xiàn)的，其原理如下圖。

4.2靜壓式物位檢測4.2.1靜壓式物位檢測原理634.2

靜壓式物位檢測4.2.2

壓力式液位計(jì)

一、壓力計(jì)式液位計(jì)二、法蘭液位計(jì)

4.2靜壓式物位檢測4.2.2壓力式液位計(jì)644.2

靜壓式物位檢測三、吹氣式液位計(jì)4.2.3壓差式液位計(jì)用測量差壓的方法來獲得液位，如下圖。4.2靜壓式物位檢測三、吹氣式液位計(jì)654.2

靜壓式物位檢測4.2.4

量程遷移

一、無遷移二、負(fù)遷移三、正遷移

由上述可知，正、負(fù)遷移的實(shí)質(zhì)是通過遷移彈簧改變變送器的零點(diǎn)，即同時(shí)改變量程的上、下限，而量程的大小不變。

4.2靜壓式物位檢測4.2.4量程遷移664.2

靜壓式物位檢測差壓變送器測量液位原理圖4.2靜壓式物位檢測差壓變送器測量液位原理圖674.2

靜壓式物位檢測差壓變送器的正、負(fù)遷移示意圖4.2靜壓式物位檢測差壓變送器的正、負(fù)遷移示意圖68

4.3

電容式物位計(jì)

電容式物位傳感器是利用被測物的介電常數(shù)與空氣〔或真空〕不同的特點(diǎn)進(jìn)展檢測的。一般由電容式物位傳感器和檢測電容的測量電路組成?？捎糜诟鞣N導(dǎo)電、非導(dǎo)電液體的液位或粉狀料位的測量，也可實(shí)現(xiàn)液位或料位的自動(dòng)記錄和自動(dòng)控制〔調(diào)節(jié)〕。4.3.1電容式物位計(jì)原理構(gòu)造形式如以下圖示，當(dāng)中間所充介質(zhì)的介電常數(shù)為ε1時(shí)，那么兩圓筒間的電容量為4.3電容式物位計(jì)電容式物位傳感器是利用被測物的介電常694.3

電容式物位計(jì)假設(shè)兩圓筒形電極間的一局部被介電常數(shù)為ε2的非導(dǎo)電性液體所浸沒，那么引起電容增量

邊緣效應(yīng)?假設(shè)為導(dǎo)電性液體，可在內(nèi)電極外加絕緣覆蓋層，見后。4.3電容式物位計(jì)假設(shè)兩圓筒形電極間的一局部被704.3

電容式物位計(jì)4.3.2電容式物位傳感器一、測量導(dǎo)電液體的電容式物位傳感器4.3電容式物位計(jì)4.3.2電容式物位傳感器714.3

電容式物位計(jì)二、測量非導(dǎo)電液體的電容式物位傳感器粉末狀非導(dǎo)電固體料位？粘滯非導(dǎo)電液體液位？p.1534.3電容式物位計(jì)二、測量非導(dǎo)電液體的電容式物位傳感器粉末724.3

電容式物位計(jì)4.3.3電容式物位傳感器應(yīng)用舉例晶體管電容料位指示儀原理圖，p.1544.3電容式物位計(jì)4.3.3電容式物位傳感器應(yīng)用舉例晶體73習(xí)題:1.請選用電容傳感器設(shè)計(jì)一水塔水位測量與控制系統(tǒng)。要求：①畫出原理框圖；②簡要說明測控原理；③給出一種具體的傳感器信號調(diào)理電路〔轉(zhuǎn)換電路〕。習(xí)題:1.請選用電容傳感器設(shè)計(jì)一水塔水位測量與控制系統(tǒng)。74討論題:超聲傳感器的根本原理是什么？微波傳感器的根本原理是什么？核輻射傳感器的根本原理是什么？討論題:超聲傳感器的根本原理是什么？75①AM播送:中頻465KHz,中波載頻約535~1605KHz,短波載頻約1.6~26MHz(收音機(jī)上分幾個(gè)波段),頻帶標(biāo)準(zhǔn)9KHz；②FM播送:中頻10.7MHz,載頻約88~108MHz,頻帶標(biāo)準(zhǔn)200KHz；③電視:各頻道頻率范圍8MHz,伴音(FM)載頻比圖像(AM)載頻高6.5MHz,第一伴音中頻載頻31.5MHz,第二伴音中頻載頻6.5MHz,圖像中頻載頻38.0MHz.無線電波的頻〔波〕段劃分表：①AM播送:中頻465KHz,中波載頻約535~1676

①音〔聲〕頻：AF〔audiofrequency〕，人耳能聽到的振動(dòng)頻率，20Hz~20KHz。②視頻：VF〔videofrequency〕，在電視或雷達(dá)技術(shù)中，由圖像轉(zhuǎn)換而成的電信號的頻率，一般零至數(shù)MHz。③射頻：RF〔radiofrequency〕，無線電波的頻率，3KHz~3000GHz，此范圍的電波可用天線輻射出去。①音〔聲〕頻：AF〔audiofrequency〕，人耳77其他常用波長表〔自由空間〕：①微波(1m~1mm或0.1mm/300MHz~300GHz或3000GHz)(家用微波爐12.2cm/2456MHz)②紅外線(0.75mm~0.76μm)(遠(yuǎn)、中、近)③可見光(0.76~0.39μm)④紫外線(0.39~0.005μm)⑤X射線(0.005~10-8μm)⑥γ射線(<10-8μm)其他常用波長表〔自由空間〕：①微波(1m~1mm或0.1784.4超聲波傳感器與物位、厚度檢測

4.4.1超聲波檢測原理一、超聲涉及其波型人耳所能聽到的聲波在20~20000Hz之間，頻率超過20000Hz，人耳不能聽到的聲波稱為超聲波。1.縱波2.橫波3.外表波二、超聲波的傳播速度聲速不僅與介質(zhì)有關(guān)，而且還與介質(zhì)所處的狀態(tài)有關(guān)。4.4超聲波傳感器與物位、厚度檢測4.4.1超聲波檢測794.4超聲波傳感器與物位、厚度檢測三、擴(kuò)散角四、反射與折射

1.反射定律2.折射定律3.反射系數(shù)

五、聲波的衰減氣體吸收最強(qiáng)而衰減最大，液體其次，固體吸收最小而衰減最小。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。

4.4超聲波傳感器與物位、厚度檢測三、擴(kuò)散角804.4超聲波傳感器與物位、厚度檢測4.4.2超聲波傳感器

超聲波傳感器，也稱為超聲波換能器，也稱為超聲波探頭。

4.4超聲波傳感器與物位、厚度檢測4.4.2超聲波傳感器814.4超聲波傳感器與物位、厚度檢測4.4.3超聲波傳感器測物位超聲波物位傳感器根據(jù)使用特點(diǎn)可分為定點(diǎn)式物位計(jì)和連續(xù)式物位計(jì)兩大類。一、超聲式物位傳感器的特點(diǎn)二、定點(diǎn)式超聲物位計(jì)1.聲阻式液位計(jì)如圖，聲阻式液位計(jì)構(gòu)造簡單，使用方便。4.4超聲波傳感器與物位、厚度檢測4.4.3超聲波傳感824.4超聲波傳感器與物位、厚度檢測2.液介穿透式超聲液位計(jì)構(gòu)造如下圖，該液位計(jì)構(gòu)造簡單，不受被測介質(zhì)物理性質(zhì)的影響，工作平安可靠。4.4超聲波傳感器與物位、厚度檢測2.液介穿透式超聲液位計(jì)834.4超聲波傳感器與物位、厚度檢測3.氣介穿透式超聲物位計(jì)三、連續(xù)式超聲物位計(jì)

1.液介超聲液位計(jì)

2.氣介超聲物位計(jì)

4.4超聲波傳感器與物位、厚度檢測3.氣介穿透式超聲物位計(jì)844.4超聲波傳感器與物位、厚度檢測4.4.4超聲波傳感器測厚度超聲波法測厚常用脈沖回波法。測厚的原理如下圖。4.4超聲波傳感器與物位、厚度檢測4.4.4超聲波傳85

4.5

微波式傳感器

微波是波長為1m~0.1mm〔0.3~3000GHz〕〔家用微波爐12.2cm/2.456GHz〕電磁波，既具有電磁波的性質(zhì)，又與普通的無線電涉及光波不同。它廣泛應(yīng)用于液位、物位、厚度及含水量的測量中。4.5.1微波傳感器一、微波振蕩器及微波天線微波振蕩器和微波天線是微波傳感器的重要組成局部，構(gòu)成微波振蕩器的器件有速調(diào)管、磁控管或某些固體器件。由微波振蕩器產(chǎn)生的振蕩信號需要用波導(dǎo)管(波長在10cm以上可用同軸電纜)傳輸，并通過天線發(fā)射出去，常用的天線有喇叭形天線、拋物面天線和介質(zhì)線等。4.5微波式傳感器微波是波長為1m~0.1mm〔0.3864.5

微波式傳感器二、微波傳感器微波傳感器的敏感元件可認(rèn)為是一個(gè)微波場。其它局部可視為一個(gè)轉(zhuǎn)換器和接收器，如圖示。微波傳感器可分為反射式與遮斷式兩種。①反射式微波傳感器②遮斷式微波傳感器4.5微波式傳感器二、微波傳感器874.5

微波式傳感器

4.5.2微波傳感器測物位與液位

一、微波物位計(jì)微波物位計(jì)原理如圖示。當(dāng)被測物位低于設(shè)定物位時(shí)，接收天線接收的功率為

4.5微波式傳感器4.5.2微波傳感器測物位與液位884.5

微波式傳感器當(dāng)被測物位升高到天線所在高度時(shí)，接收天線

接收的功率為二、微波液位計(jì)

微波液位計(jì)原理如圖示，接收天線接收到的功率Pr為

4.5微波式傳感器當(dāng)被測物位升高到天線所在高度時(shí)，接收天線89

4.6

核輻射物位與厚度檢測

核輻射傳感器的測量原理是利用射線〔核輻射粒子流〕的電離作用、穿透能力、物質(zhì)對射線的吸收、散射〔反射/反散射〕等核輻射規(guī)律，常用于氣體成分、材料厚度、物質(zhì)密度、物位、材料內(nèi)傷等檢測。核輻射傳感器一般由放射源〔放射性同位素〕、探測器、電信號轉(zhuǎn)換電路等構(gòu)成。4.6.1放射源和探測器一、射線的種類及衰變規(guī)律①α粒子：即氦核，帶正電，質(zhì)量大，速度高，能量大〔一般4～10Mev〕，電離作用強(qiáng)，在氣體和固體中的射程都短〔幾厘米和幾十微米〕。4.6核輻射物位與厚度檢測核輻射傳感器的測量原理是利用904.6

核輻射物位與厚度檢測②β粒子：電子，帶負(fù)電，速度更高，電離能力較弱，射程較長〔在氣體中的射程可達(dá)20m〕，易散射和改變運(yùn)動(dòng)方向。③γ射線：光子，不帶電，光速，電離能力弱，穿透能力強(qiáng)〔能穿過幾十厘米厚的固體物質(zhì)〕，在氣體中的射程長〔數(shù)百米〕。4.6核輻射物位與厚度檢測②β粒子：電子，帶負(fù)電，速914.6

核輻射物位與厚度檢測二、射線與物質(zhì)的相互作用1.帶電粒子與物質(zhì)的相互作用2.γ射線與物質(zhì)的相互作用

三、常用探測器探測器就是核輻射的接收器，它是核輻射傳感器的重要組成局部。其用途就是將核輻射信號轉(zhuǎn)換成電信號，從而探測出射線的強(qiáng)弱和變化，主要有電離室、閃爍計(jì)數(shù)器和蓋格計(jì)數(shù)等。4.6核輻射物位與厚度檢測二、射線與物質(zhì)的相互作用924.6

核輻射物位與厚度檢測1.電離室2.閃爍計(jì)數(shù)器

4.6核輻射物位與厚度檢測1.電離室934.6

核輻射物位與厚度檢測4.6.2測量電路

常用的測量電路有電離室前置放大電路和閃爍計(jì)數(shù)器的前置放大電路。電離室前置放大電路如圖示。

4.6核輻射物位與厚度檢測4.6.2測量電路944.6

核輻射物位與厚度檢測4.6.3

核輻射厚度計(jì)4.6.4核輻射液位計(jì)

4.6核輻射物位與厚度檢測4.6.3核輻射厚度計(jì)95

4.7

電渦流傳感器及厚度檢測

電渦流式傳感器是基于電渦流效應(yīng)制成的傳感器。特點(diǎn)與用途？〔p.174〕4.7.1渦流效應(yīng)金屬導(dǎo)體置于交變磁場中，導(dǎo)體內(nèi)會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，這種電流像水中旋渦那樣在導(dǎo)體內(nèi)轉(zhuǎn)圈，所以稱之為電渦流或渦流。這種現(xiàn)象就稱為渦流效應(yīng)。形成渦流必須具備以下兩個(gè)條件：①存在交變磁場②導(dǎo)電體處于交變磁場中渦流的大小與哪些因素有關(guān)？〔p.174〕4.7