检测仪表与传感器物位检测优秀课件
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理学物位检测技术及仪表PPT课件
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图5-14
负迁移
对于图5-7所示的锅炉气包液位测量系统而言，当液位为零时，差压变送器 所感受到的差压为负的最大值（设为-B），而当液位最高时，则差压为零。而要 使测量系统实现如图5-11所示的特性曲线，就必须必须对差压变送器进行100% 的零点负向迁移，输入差压为-B时输出电流为4mA DC，而当输入差压为零时输 出为20mA DC，如图5-13中的c线所示。
基于连通器原理工作。
玻璃式液位计的选用问题：
① 就地液位指示宜选用玻璃板液位计，但测量深色、粘稠并与管壁有沾染作用 的介质时不宜使用；
② 对于温度低于80℃、压力小于0.4MPa、不易燃、无爆炸危险和无毒的洁净介 质，可选用带护罩的玻璃管液位计；
③ 玻璃板液位计的长度不宜大于1700mm，当测量范围大于1700mm时，可采用几 个液位计上下重叠安装。
5.1 概述
物位的定义
物位是指设备或容器中液体或固体物料的表面位置。物位可分为 液位、 料位和界面三种。
物位检测的意义及目的
⑴ 确定容器中的原料、产品或半成品的数量，以保证连续生产或进行经济 核算；
⑵ 了解物位是否在规定的范围之内，这对确保产品质量和产量，实现安全、 高效、正常生产具有重要意义。
物位检测仪表及其分类
若r2 >> r1且ε2 >> ε1，则上式可近似为
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C
2 2
ln r2
H
r1
电容式料位计
对于固体物料，如锅炉煤粉仓粉位的测量，其原理与上述液位测量原理类似， 但由于固体物料的摩擦力比较大，容易发生“滞留”现象，故一般是采用电极棒 （内电极）和容器壁组成的电容传感器来测量非导电性固体物料的料位，或者是 采用由套以绝缘套管的内电极和容器壁组成的电容传感器来测量导电性固体物料 的料位。
图5-14
负迁移
对于图5-7所示的锅炉气包液位测量系统而言，当液位为零时，差压变送器 所感受到的差压为负的最大值（设为-B），而当液位最高时，则差压为零。而要 使测量系统实现如图5-11所示的特性曲线，就必须必须对差压变送器进行100% 的零点负向迁移，输入差压为-B时输出电流为4mA DC，而当输入差压为零时输 出为20mA DC，如图5-13中的c线所示。
基于连通器原理工作。
玻璃式液位计的选用问题：
① 就地液位指示宜选用玻璃板液位计，但测量深色、粘稠并与管壁有沾染作用 的介质时不宜使用；
② 对于温度低于80℃、压力小于0.4MPa、不易燃、无爆炸危险和无毒的洁净介 质，可选用带护罩的玻璃管液位计；
③ 玻璃板液位计的长度不宜大于1700mm，当测量范围大于1700mm时，可采用几 个液位计上下重叠安装。
5.1 概述
物位的定义
物位是指设备或容器中液体或固体物料的表面位置。物位可分为 液位、 料位和界面三种。
物位检测的意义及目的
⑴ 确定容器中的原料、产品或半成品的数量，以保证连续生产或进行经济 核算；
⑵ 了解物位是否在规定的范围之内，这对确保产品质量和产量，实现安全、 高效、正常生产具有重要意义。
物位检测仪表及其分类
若r2 >> r1且ε2 >> ε1，则上式可近似为
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C
2 2
ln r2
H
r1
电容式料位计
对于固体物料，如锅炉煤粉仓粉位的测量，其原理与上述液位测量原理类似， 但由于固体物料的摩擦力比较大，容易发生“滞留”现象，故一般是采用电极棒 （内电极）和容器壁组成的电容传感器来测量非导电性固体物料的料位，或者是 采用由套以绝缘套管的内电极和容器壁组成的电容传感器来测量导电性固体物料 的料位。
传感器与检测技术第一章(共41张PPT)
1.2 检测系统的组成
信号调理模块实物图
单通道信号调理电路
1.2 检测系统的组成
3. 数据采集 基于ARM9核的嵌入式控制器
转换速度 单位次/秒； 检测是指在生产、科研、试验及服务等各个领域，为及时获得被测、被控对象的有关信息而实时或非实时地对一些参量进行定性检查和定量测
量信。噪比高，抗干扰性数能要据好。 采集是对信号调理后的连续模拟信号离散 化并转换成与模拟信号电压幅度相对应的数值信息， 状态量 颜色、透明度、磨损量、裂纹、缺陷、泄漏、表面质量等。
检测仪表和检测系统的输出信号通常有4～20 mA的电流模拟信号和脉宽调制PWM信号及串行数字通信信号等多种形式，需根据系统的具体要
求确定。
基于ARM9核的嵌入式控制器
1 传感器与检测技术的地位与作用
检测是指在生产、科研、试验及服务等各个领域，为及时获得被测、被控对象的有关信息而实时或非实时地对一些参量进行定性检查和定量测
应用领域主要有： ➢石化行业的自动 化控制。 如右图，有液位、 温度、压力等检测。
1.1 传感器与检测技术的地位与作用
➢城市生活污水处理
主要有流量 检测、液位检 测和成分量检 测。
1.1 传感器与检测技术的地位与作用
➢新型武器和装备的研制与测试
定位与导航，图为中国研制的DF-21和雷达。
1.1 传感器与检测技术的地位与作用
7.输入设备 输入设备用于输入设置参数，下达有关命
令等。最常用的输入设备是各种键盘、拨码盘、 条码阅读器等。通过网络或各种通信总线利用 其他计算机或数字化智能终端，实现远程信息 和数据输入的方式将会得到更多的应用。
1.2 检测系统的组成
键盘
触摸屏
1.2 检测系统的组成
物位检测及仪表PPT课件
• 注意事项：
– 确保反射波能回到探头； – 防止物料对声波的吸收（如
表面泡沫漂浮）。
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超声波传播距离为L，波 的传播速度为C， 传播时间为 ，则：
L是与液位有关的量
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7.光学式物位仪表
激光式液位检测仪由激光发射器、接收器 及测量控制电路组成。工作方式有反射式和遮 断式，在液位测量中两种方式都可使用，但一 般只用作定点检测控制，不易进行连续测量。
图3-44 法兰式差压变送器测量液位示意图 1—法兰式测量头；2—毛细管；3—变送器
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例题分析
1.用一台双法兰式差压变送器测量某容器的液位,如图所示。被测介质密度 ρ=900kg/m3 ,毛细管内工作介质密度ρ0=950kg/m3。变送器的安装尺寸为 h1=1m, h2=4m。求变送器的测量范围,并判断零点迁移方向,计算迁移量,当 法兰式差压变送器的安装位置升高或降低时,问对测量有何影响?
否可以提高仪表的准确度和灵敏度?试举例说明之。
解：如果已知某厂生产的 DDZ-Ⅱ型压力变送器的规格有： 0～10，16，25，60，100 （MPa） 精度等级均为0.5级。 输出信号范围为0～10mA。
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例题分析
由已知条件，最高压力为15MPa，若贮罐内的压力是比 较平稳的，取压力变送器的测量上限为
H (1 c )x
Ag
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3、差压式物位仪表
• 利用物料对某定点的静压力与物料深度或 堆积高度成正比的关系进行测量。
液体密闭容器
液体敞开容器
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固体称重仓
4、电磁式物位仪表
将物位的变化转换为电量的变化
分电阻式、电感式和电容式
– 确保反射波能回到探头； – 防止物料对声波的吸收（如
表面泡沫漂浮）。
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超声波传播距离为L，波 的传播速度为C， 传播时间为 ，则：
L是与液位有关的量
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7.光学式物位仪表
激光式液位检测仪由激光发射器、接收器 及测量控制电路组成。工作方式有反射式和遮 断式，在液位测量中两种方式都可使用，但一 般只用作定点检测控制，不易进行连续测量。
图3-44 法兰式差压变送器测量液位示意图 1—法兰式测量头；2—毛细管；3—变送器
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例题分析
1.用一台双法兰式差压变送器测量某容器的液位,如图所示。被测介质密度 ρ=900kg/m3 ,毛细管内工作介质密度ρ0=950kg/m3。变送器的安装尺寸为 h1=1m, h2=4m。求变送器的测量范围,并判断零点迁移方向,计算迁移量,当 法兰式差压变送器的安装位置升高或降低时,问对测量有何影响?
否可以提高仪表的准确度和灵敏度?试举例说明之。
解：如果已知某厂生产的 DDZ-Ⅱ型压力变送器的规格有： 0～10，16，25，60，100 （MPa） 精度等级均为0.5级。 输出信号范围为0～10mA。
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例题分析
由已知条件，最高压力为15MPa，若贮罐内的压力是比 较平稳的，取压力变送器的测量上限为
H (1 c )x
Ag
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3、差压式物位仪表
• 利用物料对某定点的静压力与物料深度或 堆积高度成正比的关系进行测量。
液体密闭容器
液体敞开容器
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固体称重仓
4、电磁式物位仪表
将物位的变化转换为电量的变化
分电阻式、电感式和电容式
智能仪表与传感器ppt
第二节 模拟量输入通道
三、A/D转换器
1. A/D转换器的分类
1. 积分式A／D转换器：精度高，抗干扰性强，速度慢（每秒十 几次到几十次采样），在PLC中经常使用，万用表。 2. 逐次逼近式：精度较高，抗干扰性较差，速度较快（转换一 次耗时1～25μS），是最常用的A／D转换芯片。 3. 并行式：精度低，抗干扰性差，速度快，结构复杂，造价昂 贵，经常用在虚拟仪器中，如示波器等。
第三章 智能仪表与传感器
智能仪表的一般结构与特点 模拟量输入通道 测温仪表与传感器 压力仪表与传感器 物位仪表与传感器 流量测量仪表与传感器
第三节 测温仪表与传感器
一、测温传感器种类
接触式： 被测对象与测温元件有部分的接触，使两者处于同一温度，即根据测温 元件的温度就可知道被测对象的温度； 接触式测温结构简单．稳定可靠，测量精确，成本低，可以测得物体的 真实温度，而且还可以测得物体内部各点的温度。但滞后现象一般较大， 且不适于测量小物体、腐蚀性强的物体以及运动着的物体的温度。由于 受耐高温材料限制，一般不用于测量很高的温度。 主要有热膨胀式温度计、热电阻、热电偶。 非接触式： 利用被测对象的辐射充分传到测温元件来测量温度的，由于测温元件与 被测对象不接触，因此两者不必是同一温度，只要看到被测对象就可进 行测量。 反应速度快，适于测量高温和测量有腐蚀性的物体．也可以测量导热性 差的、微小目标的、小热容量的、运动的物体以及各种固体、液体表面 温度。但由于受物体的发射率、被测对象与仪表之间距离、烟尘和水蒸 气等的影响，测温淮确度较差．使用也不甚方便。 这类传感器主要有辐射温度计、光学高温计、热释电传感器等。
第二节 模拟量输入通道
二、各环节的作用
5. 可编程序放大器，主要作用是对信号进行放大，而且每一路信号具 有独立的放大倍数，放大倍数由计算机程序设定。其意义在于如果 现场传送过来的信号参差不齐，有的是0～1V，有的是0～5V，没有 必要为每一路信号均设置单独的放大电路，只要在多路开关之后采 用可编程序放大器即可。 6. 采样保持器，其功能是在采样时，输出跟随输入信号的变化而变化， 在保持状态时，可以保持输出信号不变。常用的芯片有：LF398。参 见P85图。 7. A/D转换器，将模拟量信号转换为数字量信号。 8. 光电隔离，是一种电气隔离，防止外部高压电源、干扰等烧毁CPU， 如外部接线错误等。采用光电隔离后，A/D转换芯片的参考电源就不 能使用系统内部的电源，此时可以采用外部电源作为参考电源，为 了简化接线并提高参考电源的精度（参考电源的精度决定了A／D转 换的精度），通常采用DC－DC电源对系统内部电源进行转换和隔离。 9. A/D芯片与CPU之间的接口，包括地址线、数据线、控制线等。
化工仪表自动化 【第三章】物位检测及仪表(液位计、料位计、界面计)讲解
（3）对容器内介质物位的上下限位置报警；
（4）监视/调节容器中出入物料的平衡。
物位测量的绝对值
物位测量的相对值
3.4 物位检测及仪表 2.按工作原理划分的物位仪表类型
（1）直读式——利用连通器原理工作 ；
3.4 物位检测及仪表
（2）差压式——利用液柱或物料堆积对某定点产生 压力的原理工作；
3.4 物位检测及仪表
3.4 物位检测及仪表
某仪表的测量范围为0—5000Pa，无迁移时，当压差 由0变化到5000Pa时，变送器的输出将由4mA变化到20mA。 如图3-40中曲线a所示。
I0/mA
当有迁移时，假定固定压差为 2000Pa，那么当H＝0时，根据前 式有： ΔP＝－(h2－h1)ρ0g
即ΔP＝－2000Pa，这时变送器 输出应为0.02MPa，H为最大时， ΔP＝5000－2000＝3000Pa，这 时变送器输出应为0.1MPa，如图 3-40中的曲线b所示。
3.4 物位检测及仪表
帕斯卡用一个密闭的装满水的桶 ，在桶盖上插入一根细长的管子 ，从楼房的阳台上向细管子里灌 水。结果只用了一杯水，就把桶 压裂了，桶里的水就从裂缝中流 了出来。
帕斯卡“桶裂”实验很好地证 明了液体压强与液体的深度有关 ,而与液体的重力无关。
3.4 物位检测及仪表
当测量敞口容器的液位如下图所示，差压变 送器的负压通大气即可，这时作用在正压室的压 力就是液位高度所产生的静压力Hρg。
3.4 物位检测及仪表
当测量受压容器的液位如下图所示，将差压 变送器的负压室与容器的气相空间相连，以平衡 气相压力的静压作用。
ΔP＝P气＋Hρg－P气＝Hρg 差压的大小同样代表了液位高度的大小。
3.4 物位检测及仪表
《物位传感器》课件
详细描述
超声波物位传感器利用超声波在空气中传播 的特性，通过测量超声波在空气中的传播时 间来检测物位。由于其具有非接触、耐高温 、高压、腐蚀等优点，被广泛应用于各种恶 劣环境下的物位测量，如石油、化工、冶金
等领域。
雷达物位传感器应用案例
要点一
总结词
高精度、高可靠性的物位测量
要点二
详细描述
雷达物位传感器利用微波雷达原理，通过发射微波并接收 其反射回波来检测物位。由于其具有高精度、高可靠性、 非接触等特点，被广泛应用于高精度要求的物位测量，如 粮仓、发电厂、水库等领域。
集成化与微型化技术将进一步提高物位传 感器的紧凑性和可靠性，便于安装和维护 。
物位传感器在工业自动化中的重要地位
保障生产安全
物位传感器能够实时监测液位、料位等参数，及时发现异常情况， 保障生产安全。
提高生产效率
物位传感器能够实现自动化控制和监测，提高生产效率，降低能耗 和成本。
促进工业智能化发展
物位传感器作为工业自动化中的重要组成部分，其智能化技术的发展 将进一步促进工业智能化的发展。
02
物位传感器的工作原理
电容式物位传感器工作原理
总结词
基于电容量变化
详细描述
电容式物位传感器利用电容器原理，通过检测电容器极板间电容量变化来检测物位。当物料填充在传 感器电极之间时，电极之间的电容值发生变化，从而检测出物位。
超声波物位传感器工作原理
总结词
基于声波传播
详细描述
超声波物位传感器利用超声波在空气中传播的特性，通过发射超声波并检测其回波时间 来测量物位。传感器发射超声波，当超声波遇到物料表面时产生回波，回波被接收并计
物位传感器分类
总结词
《传感器检测技术》PPT课件
响
应特性：
➢ 除理想状态，多数传感器的输入信号是随时间变化的，输 出信号一定不会与输入信号有相同的时间函数，这种输入输 出之间的差异就是动态误差；
➢ 传感器输出对时间变化的输入量的响应既反映了传感器的 动态特性。
➢一般用传感器对于标准动态输入信号的响应来衡量传感器 的动态特性。标准动信号为正弦信号、阶跃信号和单位脉冲 信号。
环境影响量指由外界坏境变化而引起的示值变化量。由两个因素构成，一个 是零漂、二是灵敏度漂移。表示环境影响量时，必须同时写出示值偏差及 造成这一偏差的影响因素。
例： 0.1A/U ( 表5% 示电)源电压变化5%时，将引起示值变化0.1uA.
例：某数字式液位计的使用说明书上注明该产品为数 字面板表，它的量程为0-10m（从面板表上可以看到， 事实上只能显示9.99m,属于3位表），非线性训差为 1.5%，使用环境温度为0-30度，温漂为0.001m/度， 请确定该产品是否能满足满度相对误差不大于2.0%的 要求。
在下图中，弹簧管将压力转换为角位 移α
2021/6/10
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弹簧管放大图
当被测压力p增大时，弹簧管撑直，通过齿 条带动齿轮转动，从而带动电位器的电刷产生 角位移。
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其他各种弹性敏感元件
在上图中的各种弹性元件也能将压力转 换为角位移或直线位移。
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压力传感器的外形及内部结构
34
测量转换电路的作用是将传感元件输出的电参 量转换成易于处理的电压、电流或频率量。
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在左图中，当 电位器的两端加上 电源后，电位器就 组成分压比电路， 它的输出量是与压 力成一定关系的电 压Uo 。
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一．概述
1．物位测量的意义
确定容器中的贮料数量，保证连续生产 的需要、经济核算。
连续监视或控制容器中的物位，使它保 持在规定的范围内。
对容器中的物位进行上、下限报警，以 保证生产安全、正常进行。
连续测量物位仪表 连续测量物位的变化
定点测量物位仪表 确定物位是否达到上限、下 限或某一特定位置
双法兰远传/表压变送器
挡板 弹簧
喷嘴
波纹管
＞
主杠杆
密封片
P出
壳体
连杆
插入筒
膜盒
单法兰插入式差压变送器
四.电容式物位传感器 capacitor
物位变化→电容量变化 便于远传，使用方便，适合测量液位、
固体粉末、颗粒状物的料位。
1．工作原理
内电极
D d
L
C
2 L
ln D
d
外电极
当D和d一定时， H 电容量C的大小与
- + ρ2
h1
负迁移示意图
可测量具有腐蚀性、含有结晶颗 粒、粘度大、易凝固等液体液位
p1 g H 2 g (h 2 h 1 )
H0 p2g(h2h 1)
Imin4mA
H Hmax p 1 g H 2 g (h 2 h 1 )
Imax20mA
零点迁移
设法抵消固定压差ρ2g(h2-h1)的作用， 使H=0时，Ｉ出=4mA；H=Hmax时， Ｉ出=20mA的方法。
特征：差压变送器的正压室取压口正好 与容器的最低液位（Hmin=0）处于同一水 平位置。
要求：介质洁净，粘度不能太高
可测量无腐蚀性、不含有结晶颗粒、 粘度小、不易凝固等液体液位
（2）负迁移 negative migration
变送器的安 装位置与最低
ρ2
液位（H=0） h2
P0
ρ1
H
不在同一水平 位置
检测仪表与传感器物位检测
§3.4 物位检测及仪表
教学内容
level gauging
各种液位测量方法及仪表，包括：
差压式液位变送器的工作原理及零点
迁移问题
电容式物位计
其它物位计
核辐射式物位计 雷达式液位计 称重式液罐计量仪
液体介质的高低—液位
物
固体或颗粒状物质的堆积高度—料位 位
两种密度不同液体介质的分界面—界位
迁移弹簧：改变变送器的零点位置
迁移的实质 量程位置的平移，不改变量程的大小
ΔP=ρ1 gH-ρ2g(h2-h1) 迁移量： ρ2g(h2-h1)
分为正迁移和负迁移两种
负迁移：用迁移弹簧平衡负压室上固 定压差影响的过程。
正迁移：
举例 ΔP=0～5000Pa ➢无迁移
➢当有负迁移，迁移量= 2000Pa
I出（mA)
20
负迁移
正迁移
4
-2000 3000 5000△P(Pa)
在规格中，型号后加“A”—正迁移； “B”—负迁移。
零点迁移和调零
目的都是使变送器输出的起始值与被 测量的起始值相对应。
零点调整量比较小，而迁移量比较大
P0
H
h
ΔP=Hρg+hρg H=0~Hmax时 量程ΔP= hρg~ Hρg+hρg Ｉ出=4 ~20 mA
+-
P0
正迁移示意图
三.用法兰式差压变送器测量液位
目的
为了解决测量具有腐蚀性、含有结晶颗粒、 粘度大、易凝固等液体液位时引压管线被 腐蚀、被堵塞等问题。
毛细管 变送器
法兰式测量头
法兰式差压变送器测量液位示意图
按结构形式分
单法兰 双法兰
按法兰构造分
平法兰 插入式法兰
1151LT型法兰式液位变送器
电容式液位计
（主要测量不导电液体）
电容（绳）式料位计
（5）核辐射式物位仪表
放射线通过介质， 其强度随物料层的 厚度而变化。
常用γ 射线 工业上使用连续式
和间断式两种。
（6）超声波物位仪表
检测声波发射和反射 全过程的时间间隔。
注意事项：
确保反射波能回到探头 防止物料对声波的吸收 （如表面泡沫漂浮）
（7）光学式物位仪表 利用物位对光波的遮断和反射原理
二.压差式液位变送器
differential pressure level gauge
差压式液位变送器
压力液位变送器
3051L型液位变送器
1.工作原理
利用容器内液位改变时，由液柱产生 的静压也相应变化的原理。
PA
H
PB
+-
液位变送器原理图
压差计
pBpAHg
H p c•p
g
若容器是敞开的
H - 液位高度 ρ- 介质密度 g - 重力加速度 PA、PB - A、B 两处的压力
ppBgH
结论
H 压力表式液位计
•差压液位变送器测量液 位时，ห้องสมุดไป่ตู้容器是敞口的， 则差压计的负压室通大 P 气，可用压力计直接测 量液位高低。
•若容器是封闭的，需 将负压室与容器的气相 相连。
浮筒液位计
变压器
连杆
弹簧 固定端 浮筒
铁芯
△x
△x
H
初始状态的浮筒
液位为H的浮筒
浮筒液位计原理图
杠杆浮球式液位计
杠杆浮球式液位计
应用于石化、冶金、能源、 食品、制药、水处理等行 业对液位或界位的测量与 控制
电浮筒液位计
（4）电磁式物位仪表electromagnetic
物位的变化→电量的变化 有电阻式（即电极式）、电容式和电感式等
2．物位计分类
直读式物位计 压差式物位计 浮力式物位计 电磁式物位计 核辐射式物位计 超声波物位计 光电式物位计
（1）直读式物位仪表
direct reading level meter
直接显示液位的高低。
如玻璃管液位计、玻璃板液位计等
（2）压差式物位仪表
differential pressure type
物料内静压力与液体深度或物料堆积高 度成正比。
液体密闭容器
液体敞开容器
固体称重仓
（3）浮力式物位仪表buoyancy-type
液位高度变化→浮子高度或浮子（或沉筒） 浮力的变化。
有浮子、浮球、沉筒式几种。
浮子重锤
杠杆浮球式
浮子式
浮子式液位计
浮子漂浮原理
△H
H
H+△H
浮子的形状
扁平形
扁圆柱形 高圆柱形
极板的长度L和介
电容器组成
质的介电常数ε 的乘积成比例
工作原理
在电容器的极板间，充以不同介质（液体 或固体颗粒、粉末），电容量变化的大 小与注入地深度H成比例，测出Cx，可 得到液位、料位或液体的分界面高度。
2.零点迁移问题zero shift
安装位置条件不同存在着仪表零点 迁移问题
（1）无零点迁移情况
ΔP=ρgH
H=0 ΔP=0
PA
Ｉmin=4mA
H PB
+-
H=H max ΔP=ΔP max Ｉmax =20mA
测量仪表的零点无需调整便与被测参数的 零点一致的情况
I/mA 20
4 ΔPmax ΔP