化工仪表工作原理.docVIP

雷达液位计的工作原理 雷达液位计的工作原理 发射—反射—接收是雷达液位计的基本工作原理。??雷达传感器的天线以波束的形式发射电磁波信号，发射波在被测物料表面产生反射，反射回来的回波信号仍由天线接收。发射及反射波束中的每一点都采用超声采样的方法进行采集。信号经智能处理器处理后得出介质与探头之间的距离，送终端显示器进行显示、报警、操作等。微波测距示意图如图1所示。 ? ??????? 图中，E－空槽（罐）的高度；F—满槽（罐）的高度； D—探头至介质表面的距离；L—实际物位雷达脉冲信号从发射到接收的运行时间与探头到介质表面的距离D成正比，即：???????????????? D=v×t/2????式中，t—脉冲从发射到接收的时间间隔???????????? v—波形传播速度??????? 因空槽距离E已知，故实际物位的距离L为：???????????????? L=E-D?????式中，E的基准点是过程连接的底部 FMR245 - 可用于温度高达200 °C (392 °F)的测量场合 超声波液位计原理最大测量范围FMU40:液体: 5 m 固体: 2m 其他变送器测量范围: FMU41:液体: 8m 固体: 3,5 m FMU42:液体: 10 m 固体: 5 m FMU43:液体: 15 m 固体: 7 m FMU44:液体: 20 m 固体: 10 m 超声波测距的原理是利用超声波在空气中的传播速度为已知，测量声波在发射后遇到障碍物反射回来的时间，根据发射和接收的时间差计算出发射点到障碍物的实际距离。由此可见，超声波测距原理与雷达原理是一样的。 测距的公式表示为：L=C×T 式中L为测量的距离长度；C为超声波在空气中的传播速度；T为测量距离传播的时间差(T为发射到接收时间数值的一半)。 超声波测距主要应用于倒车提醒、建筑工地、工业现场等的距离测量，虽然目前的测距量程上能达到百米，但测量的精度往往只能达到厘米数量级。 由于超声波易于定向发射、方向性好、强度易控制、与被测量物体不需要直接接触的优点，是作为液体高度测量的理想手段。在精密的液位测量中需要达到毫米级的测量精度，但是目前国内的超声波测距专用集成电路都是只有厘米级的测量精度。通过分析超声波测距误差产生的原因，提高测量时间差到微秒级，以及用LM92温度传感器进行声波传播速度的补偿后，我们设计的高精度超声波测距仪能达到毫米级的测量精度。 超声波测距误差分析 根据超声波测距公式L=C×T，可知测距的误差是由超声波的传播速度误差和测量距离传播的时间误差引起的。 时间误差 当要求测距误差小于1mm时，假设已知超声波速度C=344m/s (20室温)，忽略声速的传播误差。测距误差st(0.001/344) ≈0.000002907s 即2.907ms。 在超声波的传播速度是准确的前提下，测量距离的传播时间差值精度只要在达到微秒级，就能保证测距误差小于1mm的误差。使用的12MHz晶体作时钟基准的89C51单片机定时器能方便的计数到1μs的精度，因此系统采用89C51定时器能保证时间误差在1mm的测量范围内。 超声波传播速度误差 超声波的传播速度受空气的密度所影响，空气的密度越高则超声波的传播速度就越快，而空气的密度又与温度有着密切的关系，如表1所示。 已知超声波速度与温度的关系如下： 式中： r —气体定压热容与定容热容的比值，对空气为1.40， R —气体普适常量，8.314kg·mol-1·K-1， M—气体分子量，空气为28.8×10-3kg·mol-1， T —绝对温度，273K+T。 近似公式为：C=C0+0.607×T 式中：C0为零度时的声波速度332m/s； T为实际温度()。 对于超声波测距精度要求达到1mm时，就必须把超声波传播的环境温度考虑进去。例如当温度0时超声波速度是332m/s, 30时是350m/s，温度变化引起的超声波速度变化为18m/s。若超声波在30的环境下以0的声速测量100m距离所引起的测量误差将达到5m，测量1m误差将达到5mm。 外测液位仪（计）与当前国内外使用的在储罐或其连通器内部探测液位的仪表原理完全不同，它是利用对人体无害的微振动原理，在容器壁外侧液面以下部位连续测出液面的精确高度，而完全不接触容器内的液体和气体，可广泛应用于各种容器内液面和界面高度的连续精确测量。该技术建立了容器内液体和薄壳结构罐体的力学振动特性与液位对应关系的规律及数学模型，属世界首创。 当外测液位仪（计）的测量头检测到容器壁上的微小机械振动（它由液体振动特性和容器振动特性决定）后，外测液位仪（计）会把这些信息经过专用算法分析，判别、剔除与液位变化无关的虚假波形，提取出其液位特征量