测量技术 物位检测
传感与检测技术物位检测
随着微电子和纳米技术的发展，物位检测 设备的体积越来越小，便于安装和使用。
技术挑战与解决方案
第一季度
第二季度
第三季度
第四季度
精度和稳定性问题
由于物位检测环境的复 杂性和不确定性，高精 度和稳定性的检测技术 是当前面临的主要挑战 。解决方案包括采用新 型传感器材料、优化算 法和数据处理技术等。
无线通信干扰
03
传感与检测技术在物位检测中的 应用
工业生产中的物位检测
总结词：精确控制 总结词：提高效率 总结词：降低成本
详细描述：在工业生产中，物位检测是关键环节，通过 使用传感与检测技术，可以精确地检测和控制原材料、 半成品和成品的库存量，确保生产流程的顺利进行。
详细描述：通过实时监测物位，可以及时发现异常情况 ，如库存不足或溢出，从而快速响应，避免生产中断， 提高整体生产效率。
电容式检测
利用物位变化引起电容器极板间 介质变化，从而改变电容量，通 过测量电容量的变化来检测物位 。
非接触式物位检测
超声波检测
利用超声波在不同介质中传播速度的 差异，通过测量反射波的时间差或相 位差来检测物位。
雷达式检测
通过发射高频电磁波并接收反射回来 的信号，根据信号的相位差或时间差 来检测物位。
详细描述：通过物位检测技术，可以实现仓库的智能化 管理，自动记录货物的入库、出库和库存情况，提高仓 库的空间利用率和货物周转率。
详细描述：基于物位检测数据的分析，可以为物流企业 提供智能决策支持，如优化运输路径、预测市场需求等 ，帮助企业更好地应对市场变化。
农业领域的物位检测
总结词：精准农业
详细描述：在农业领域，物位检测技术用于精准农业管理，通过实时监测土壤湿 度、养分等参数，为农民提供科学合理的灌溉和施肥方案，提高农作物的产量和 质量。
常见的物位检测方法及物位计
常见的物位检测方法及物位计物位检测是指对容器、槽、管道等储存、输送物料的装置进行物位测量的技术方案。
物位检测在工业生产中具有重要的应用价值，可以用于液体、粉体、颗粒体的物位监测。
下面介绍几种常见的物位检测方法及物位计。
1.浮子式物位计：浮子式物位计是利用浮子浮沉的原理来测量液位的高低。
它的工作原理是根据浮子在浮物中的浮力变化来判断物位的高低。
当液位变化时，浮子也会随之上下浮动，通过连杆装置将浮子的位置变化转化为指示装置的运动，从而获得物位信息。
2.压力式物位计：压力式物位计利用液体的压力变化来测量物位的高低。
当液体位于容器中时，液体的重力作用会产生一定的压力，通过测量液体对容器底部的压力，从而得到物位的高度。
压力式物位计通常使用差压变送器来测量液体压力的变化。
3.毛细管测量法：毛细管测量法是利用毛细管现象来测量液体的高度。
当一根细长的管子插入液体中时，液体会上升到管子内部，管内液体的高度与液体的物位高度成正比。
通过测量管内液体的高度，可以得到物位的高低。
4.电容式物位计：电容式物位计利用液体与电介质之间的电容变化来测量物位的高低。
当液体的高度发生变化时，液体与电容传感器之间的电容也会发生变化，通过测量电容的差异，可以获得物位的高度。
5.超声波物位计：超声波物位计是利用超声波的传播速度和回波时间来测量物位的高度。
超声波发送器将超声波信号发射到液体表面，当超声波信号碰到液面时会发生反射，接收器接收到反射的超声波信号后，利用信号的传播时间来计算物位的高度。
6.雷达物位计：雷达物位计是利用雷达波的传播时间来测量物位的高度。
雷达物位计向液体表面发射雷达波信号，当雷达波信号碰到液面时会反射回来，接收器接收到反射的雷达波信号后，利用信号的传播时间来计算物位的高度。
以上是常见的几种物位检测方法及物位计。
每种方法都有其适用的场景和优缺点，选择适合的物位检测方法需要综合考虑物料的性质、储存容器的结构、工艺要求等因素。
常见的物位检测方法及物位计
常见的物位检测方法及物位计物位检测是工业生产过程中的重要环节，常见的物位检测方法有浮球式物位计、压阻式物位计、超声波物位计和雷达物位计等。
下面将详细介绍这些物位检测方法及其优缺点。
1.浮球式物位计：通过浮球的浮沉来判断液位高低。
当液位上升时，浮球也随之上浮；当液位下降时，浮球也随之下沉。
利用浮球与导热系统相连，可以输出液位信号。
优点是结构简单、价格低廉、可靠性高；缺点是输出信号精度较低。
2.压阻式物位计：通过测量压阻的变化来判断物位高低。
物位计感应电极会与液位接触，电阻值随液位的改变而改变；通过测量电阻值的变化，可以获得液位信号。
优点是适用于多种液体、测量范围广；缺点是对液体介电常数要求较高。
3.超声波物位计：利用超声波的传播速度差来测量物位高低。
物位计发射超声波，当超声波遇到液体时，一部分声波被液体吸收，一部分声波被液体反射回来。
通过测量超声波的往返时间，可以计算出物位高度。
优点是测量范围广，无需直接接触液体；缺点是易受温度、压力等因素的影响。
4.雷达物位计：利用雷达波的反射来测量物位高低。
物位计发射雷达波，当雷达波遇到液体时，一部分波被液体吸收，一部分波被液体反射回来。
通过测量反射波的时间和强度，可以计算出物位高度。
优点是适用于多种液体，具有较高的测量精度；缺点是价格相对较高。
在实际应用中，物位计也根据其工作原理和适用范围的不同，分为电容式物位计、电阻式物位计、频率式物位计和微波式物位计等。
这些物位计具有各自的特点和应用场景。
总之，在工业生产过程中，物位检测是一项非常重要的技术，通过选择适合的物位检测方法和物位计，可以确保生产过程的安全和稳定。
根据具体需求，选择合适的物位检测方法和物位计对于提高生产效率、降低成本具有重要意义。
自动检测技术--物位测量(及课后答案)教材58页文档
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
自动检测技术--物位测量(及 课后答案) 法律。 ——马 克·吐温 42、法律的力量应当跟随着公民，就 像影子 跟随着 身体一 样。— —贝卡 利亚 43、法律和制度必须跟上人类思想进 步。— —杰弗 逊 44、人类受制于法律，法律受制于情 理。— —托·富 勒
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物位检测工作原理和方法
物位检测工作原理和方法物位检测是指通过一定的原理和方法，准确测量和确定容器、槽、管道等储存装置中物料的高度或液位，以监控和控制物料的运输、存储和生产过程。
它在工业生产和过程控制中起到了至关重要的作用。
本文将介绍物位检测的工作原理和常用方法。
一、物位检测的工作原理物位检测的工作原理主要包括以下几种：1. 压力原理：此原理适用于液体或气体的物位检测。
通过测量容器底部或其他位置的压力变化来判断物料的高度。
当物料的高度增加时，底部的压力也会相应增加。
基于这个原理，常见的物位检测方法包括差压法、浮子法和静压法。
2. 音频原理：此原理适用于散装物料的物位检测。
通过发送超声波或雷达信号，并测量信号的反射时间来计算物料的高度。
超声波或雷达信号在物料与容器间反射，其往返时间与物料的高度成正比。
这种物位检测方法在实时性和准确性方面具有优势。
3. 电容原理：此原理适用于液体和散装物料的物位检测。
利用物料和容器之间的电容变化来测量物料的高度。
当物料的高度增加时，其与容器壁之间的电容值也会相应增加。
4. 微波原理：此原理适用于液体和散装物料的物位检测。
通过发射微波信号，测量其传播时间和相位变化，从而确定物料的高度。
微波信号在物料和容器之间传播，并被物料吸收、反射或透射。
根据信号的变化，可以准确测量物位。
二、物位检测的常用方法根据不同的工作原理，物位检测的常用方法主要有以下几种：1. 差压法：通过测量容器底部与顶部或容器内外的压力差，来确定物料的物位。
差压法适用于液体和气体的物位检测。
它的优点是测量范围广，且不受物料性质的影响。
2. 浮子法：利用浮子的上浮或下沉来判断物料的高度。
浮子通常与指示器相连，通过浮子的运动来显示物料的物位。
浮子法适用于液体的物位检测，特别是在恶劣的工作环境下，如高温、高压等。
3. 静压法：通过测量容器底部的静水压力，来判断和计算物料的高度。
静压法适用于液体的物位检测，其优点是测量范围广，且不受物料性质的影响。
第六章 物位测量
2 1 L 2 ( 2 1 ) H C C 0 R R ln ln r r
r
r
当圆筒形电容器几何尺寸一定，电容器电容 增量与液位高度H成正比。同时，两种介质的 介电常数的差值越大，△C越大，灵敏度高。
• 测量非导电液体的电容液位传感器如图所示。它是由 金属棒做成的内电极和由外壁带孔的金属圆筒做成的 外电极两部分构成的圆筒形电容器。测量时，将其竖 直放在被测液体中，若设空气的介电常数为 1 ，当液 位为零时，该圆筒形电容器的电容量为
4、吹气式液位计 当测量具有腐蚀性、高黏度或 含有悬浮颗粒的敞口容器液位， 且准确度要求不很高时，常选用 吹气式液位计。 吹气式液位计的原理如图， 在敞口容器中插入一根导管，压 缩空气作为气源首先经过滤器过 滤，再通过减压阀使压力降至某 一恒定值，并由气源压力计指示， 该恒定压力的大小按被测液位高 度而定。具有恒定压力的洁净压 缩空气再流经起限流、恒流作用 的节流阀，其流量大小由浮子流 量计指示。最后恒流气体从导管 下端敞口处逸出，鼓泡并通过液 体进入大气。
物位检测的主要方法
• • • • •
静压式物位检测 浮力式液位检测 电气式物位检测 声学式物位检测 射线式物位检测
第一节 静压式物位检测
静压法测量原理 若液位的高度位h， 则液体底部的压力为：
P B gh
p P B gh p h 所以测得表压力p即可求得 g 液位高度h。
正压室： P P 1 gH 2 gh1 1 负压室： P P 2 gh2 1 差压：
P 1 gH 2 g (h2 h1 )
第二节 浮力式液位检测
上限水银 开关
磁钢 下限 水银 开关 非导 磁管
一．恒浮力式液位检测： 基本原理：浮于液面上的浮子随 着液位上升或下降，根据浮子的 调整箱组件 位置实现液位的检测。 既可测量液位，也可测密度不等 的两种液体的界面，但密度差应 足够大。浮子式和浮球式是典型 的恒浮力式液位计 有：浮子重锤液位计、浮子钢带 液位计、浮顶罐、浮球式。
物位检测
四．量程迁移：
为了使变送器的 输出不受固定压 差的影响，采用 零点迁移法，进 行负迁移，迁移 量为Pg。
• 例如：已知 h1 1.0m ，
3 1 1200 kg / m3 ， 2 950kg / m，
h2 5.0m ， Lm 0 3.0m，
四．量程迁移：
液位高度变化形成的 差压值为：
一．恒浮力式液位检测： 基本原理：浮于液面上的浮 子随着液位上升或下降， 根据浮子的位置实现液位 的检测。 例如：浮球式水位控制器：
上限 水银 开关 调整箱 组件
磁钢
下限 水银 开关 非导 磁管
连杆
浮球 浮筒
二．变浮力式液位检测（浮筒式液位计）
将一质量为 m的浮筒悬挂在弹簧 上，弹簧的下端被固定，当测量 桶内无水时，浮筒的重力与弹簧 力达到平衡时，有：
2、超声波的应用 超声探伤所用的频率一般在0.5-10MHz之间，对钢等金属材料 的检验，常用的频率为1-5MHz。 (1)超声波方向性好：超声波是频率很高、波长很短的机械波， 在无损探伤中使用的波长为毫米数量级。超声波像光波一样具 有良好的方向性，可以定向发射。 (2)越声波能量高：超声波探伤频率远高于声波，而能量(声强) 与频率平方成正比。
主要分类
静压式物位检测
浮力式液位检测
电气式物位检测
声学式物位检理
若液位的高度位h，则液 体底部的压力为：
P B gh
p P B gh p h g
h
所以测得表压力p即可求得液位高度h。
二．压力式液位计 （开口容器的液位测量） 1．用压力表测量液位：
(3)能在界面上产生反射、折射和波型转换；在超声波探伤中。
(4)超声波穿透能力强：超声波传播能量损失小，传播距离大， 穿透能力强。
测绘技术中的建筑物定位与监测方法
测绘技术中的建筑物定位与监测方法在现代社会中，建筑物作为人们居住、工作和娱乐的重要场所，其定位和监测显得尤为重要。
测绘技术在建筑物的定位和监测中发挥了重要作用，通过高精度的数据采集和处理，可以准确测量建筑物的位置和变形情况，为安全、可靠的建筑提供支持。
一、建筑物定位方法1. GNSS定位技术全球导航卫星系统（GNSS）是一种利用卫星信号实现定位的技术，其中包括美国的GPS系统、俄罗斯的GLONASS系统以及欧洲的Galileo系统等。
通过接收多颗卫星的信号，测量卫星到接收器之间的距离，结合卫星的位置信息，可以确定接收器的位置坐标。
这种定位技术在建筑物定位中具有广泛的应用，可以实现高精度的定位结果。
2. 激光扫描技术激光扫描技术是一种通过激光束快速扫描物体表面，获取大量点云数据的方法。
通过对建筑物进行激光扫描，可以获取建筑物的三维点云数据，进而实现建筑物的定位。
该技术具有高精度、高效率的特点，可以在短时间内获取大量数据。
3. 区域定位技术区域定位技术是一种利用射频信号或者无线信号检测设备位置的技术。
在建筑物定位中，可以通过在建筑物内部设置基站或者信号发射器，利用接收设备接收信号并进行处理，从而确定建筑物内部设备的位置坐标。
这种方法一般用于室内定位，可以实现对建筑物内部各个设备的精确定位。
二、建筑物监测方法1. 建筑物位移监测建筑物位移监测是指对建筑物的位置变化进行监测和分析。
可以通过传感器等设备对建筑物的位移进行实时监测，将采集到的数据与事先设定的阈值进行比较，一旦超出阈值，则说明建筑物存在位移异常，需要及时处理。
这种方法可以有效防止建筑物因为位移而引发的安全事故，保障人员和财产的安全。
2. 建筑物结构监测建筑物结构监测是指对建筑物的结构承载能力进行实时监测和评估。
通过在建筑物结构中安装传感器等设备，可以实时采集建筑物结构的变化情况，从而判断建筑物结构的完整性和安全性。
这种方法可以及时发现建筑物结构的弱点和缺陷，为维护和修复提供科学依据。
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5、核辐射物位仪表：利用射线透过物料时 其强度随物质层的厚度而变化的原理。
6、声波式物位仪表：由于物位的变化引起 声阻抗的变化、声波的遮断和声波反射距离 的不同，测出这些变化就可测知物位。根据 工作原理分为声波遮断式、反射式和阻尼式 。
C 2 (2 1)H KH
ln(D d )
1
2
L H
当电容器的几何尺寸和介电
物位检测
第一节 物位检测的意义及主要类型
物位测量在工业生产中具有重要的地位。例如 蒸汽锅炉运行时，如果汽包水位过低，就会危及锅 炉的安全，造成严重事故。
一、物位的基本概念 液位：容器中液体介质的高低 料位：容器中固体物质的堆积高度 界面：两种密度不同液体介质的分界面的高度
测量液位的仪表叫液位计，测量料位 的仪表叫料位计，测量两种密度不同液体 介质的分界面的仪表叫界面计。
全、正常进行。
三、检测方法分类 物位传感器种类较多, 按其工作原理可分为下列
几种类型:
1、直读式物位仪表：根据流体的连通性原 理测量液位。如玻璃管液位计、玻璃板液位 计等。
2、差压式物位仪表：利用液柱或物料堆积 对某定点产生压力的原理而工作。
3、浮力式物位仪表：利用浮子高度或浮力 随液位高度而变化的原理工作。
二、零点迁移问题 差压变送器安装位置条件不同存在着仪表零点迁
移问题。 1．无迁移 理想测量条件下，液位H=0时，变送器的输入压
差信号∆P=0，差压变送器的输出为零点信号4mA。 零点是对齐的：
H＝0时
p = Hg =0
I0=4mA 这种情况称为无迁移。
实际应用时，由于差压变送器安装位置的限制， 测量零点很难对齐，需要对变送器的零点进行迁移。
7、光学式物位仪表：利用物位对光波的遮 断和反射原理工作。
8、其它形式： 如微波式、 激光式、 射流 式、 光纤维式传感器等等。
浮球液位变送器
静压式液位变送器 静压式液位变送器
浮球液位变送器
超声波物位变送器
电容式物位变送器
第二节 差压式液位计
一、工作原理
利用容器内的液位改变时，由液柱产生的静压 也相应变化的原理而工作的，如图所示。
ΔP＝ h1（ρ液－ρ汽）g
＝0.6（800.4-19.7）×9.807
＝4593.8 Pa
当液位最低时，差压液位计的正、负压室的受力为
P+＝P1+ h1ρ汽g+ h2ρ水g
＝3.82×106+0.6×19.6×9.807+ h2ρ水g＝3820115.3+ h2ρ水g
P-＝P1+ h1ρ冷g+ h2ρ水g
相应变化的原理测量物位，可测量液位、料位和两
种不同液体的分界面。
D
d
1、工作原理
由两个同轴圆柱极板组成的
电容器，当两极板之间填充介电
常数为ε1的介质时，其电容量为： 1
L
C 21L
ln(D d )
当极板之间一部分介质被介电常
D
数 为 ε2 的 另 一 种 介 质 填 充 时 ， 可 推
d
导出电容变化量：
❖ 零点迁移的方法是，另加＋ ( h2- h1)2g 信号，抵 消－( h2- h1)2g的影响。使：H =0 时， Δp =0
迁移前 ∆p
迁移后 ∆p
0
H
0
H
20 I/mA
I/mA 20
4
4
∆p
∆p
这种迁移改变了测量范围的上、下限，相当 于测量范围的平移，它不改变量程的大小。
这种迁移是向负方向迁移了一个固定压差值， 故称之为负迁移。
＝3.82×106+0.6×915.8×9.807+ h2ρ水g
＝3825388.8+ h2ρ水g
于是迁移量P＝P+－P-＝-5273.5 Pa
因P+＜P-，故为负迁移。
仪表的测量范围为-5273.5～-679.7 Pa（-5273.5+4593.8）
第三节 其他物位计
一、电容式物位计
利用电容器的极板之间介质变化时，电容量也
插入式法兰
平法兰
ρ汽
ρ冷 差压式物位检测例题
ρ液
4、如图所示，通过双室平衡容器来测量锅炉汽包水位。已知P1＝ 3.82 MPa ,ρ汽＝19.7 kg/m3,ρ液＝800.4 kg/m3，ρ冷＝915.8 kg/m3， h1＝0.6 m ，h2=1.5 m，求差压变送器的量程及迁移量。
解：差压液位计的量程ΔP
3、正迁移 有时变送器不能和容器底部安装在同一水平面
上。如图所示，有：∆P = Hρg ＋hρg
H=0 时，∆P =＋hρg
∆p
I/mA
0
H
20
4 ∆p
此时需要迁移＋hρg
∆p
∆p
0
H
0
H
迁移的目的： 使变送器输出的起点与被测量起点相对应。
例如，某差压变送器的测量范围为0～50KPa， 对应输出从4mA变化到20mA，这是无迁移的情况， 如图中曲线a所示。若因安装的原因：
2、负迁移 如图所示，变送器和容器之间用隔离罐隔离时：
Δp = p1-p2 = ( h12g + H1g + p0 ) －( h22g + p0 ) = H1g - ( h2- h1)2g
当 H =0时，
Δp = - ( h2 - h1)2g
此时，变送器应输 出4mA以下，但变送器 的输出只能是4~20mA
在物位检测中，有时需要对物位进行 连续检测，有时只需要测量物位是否达到 某一特定位置，用于定点物位测量的仪表 称为物位开关 。
二、物位检测的作用 1、确定容器中的贮料数量，以保证连续生产的需
要或进行经济核算； 2、为了 3、对它的上下极限位置进行报警，以保证生产安
I0/mA 20
负迁移
无迁移
ba c
4
正迁移
-10 0 10
50 ∆P/KPa
H=0时， ∆ P=－10 KPa， 则需负迁移。 H=0时， ∆ P=10 KPa， 则需正迁移。
三、用法兰式差压变送器测量液位 在测量含有结晶颗粒、有腐蚀性、粘度大、易凝
固等液体液位时，引压管线可能被腐蚀、被堵塞。可 使用加隔离膜盒的法兰式差压变送器。
设容器上部空间为干燥气体，其压力为p2，下 部取压点压力为p2 ，则：
p1= H g + p2 Δp = p1-p2= H g
式中：
H—液位高度； —介质密度； g—重力加速度。
p2 p1
若被测容器是敞口的，则气相压力为大气压， 只需将差压变送器的负压室通大气，或用压力变送 器，或用压力表即可测量。