中国石油大学化工检测仪表第四章--物位测量.ppt

设超声探头至物位的垂直距离为H，由发射到接收的时间为Δt，超声波在介质中传播的速度为v，则： 若介质v已知，测得Δt可确定距离H，即得被测物位高度。 1. 测量原理 第六节 超声物位计 利用超声波遇到被测物体表面产生反射：采用发射--反射--接收的工作模式。回声测距法。 频率超过20kHz的声波 （6） 超声波的超声场特性 超声在介质内传播的过程中，明显受到超声振动影响的区域称超声场。超声场具有以下特点： 近场区以外的声波以某一角度扩散称远场区。该区声波近似球面向外扩散，声强分布均匀，但逐渐减弱，换能器的频率愈高，直径愈大，则超声束的指向性越好、其能量越集中。 ①如果超声换能器的直径明显大于超声波波长，则所发射的超声波能量集中成束状向前传播，称为超声的指向性。 ②换能器近侧的超声波束宽度与声源直径相近似，平行而不扩散，近似平面波，该区域称近场区。近场区内声强分布不均匀(盲区)。 发射声波：在压电晶体两端面的电极上加高频交变电场，沿着晶体厚度方向会产生与交变电压同频率的机械振动，向附近发射声波。---逆压电效应： 电能—机械能 也称电致伸缩效应。 2. 超声波换能器 逆压电效应 用作发射换能器。 接收声波：正压电效应---机械能转变为电能 正压电效应 用作接收换能器。 超声波传感器一般都是可逆的，既能发射也能接收发射超声波。 高频脉冲发生器 高频脉冲发生器 压电晶体 超声波 GE公司的超声波探头 3、超声物位测量方法 据传声介质分气介式、液介式和固介式。 据探头工作方式分单探头和双探头方式。 第六节 超声物位计 （1）气介式超声液位计 特点：(1) 传播的是机械波，速度V与传播介质的密度(成分、温 度）有关。 (2)采用气体作为传播介质气体密度变化大、不均匀。 V、L已知, 测量误差大，精度低 测量原理示意 （2）液介式超声液位计 采用液体作为传播介质，减少介质对传播速度的影响。 校正探头用于测量v： 测量探头用于测量H： 活动校正具方法 4. 特点 （1）可测量10-30ｍ的液位,测量精度可达±6ｍｍ； （2）由于声波是机械能，受传播媒介的成分、温度的变化 引起V 变化，考虑修正。 （5）测量有一定的盲区。 （4）气介：非接触式。 液介：接触式。 （6）通过压电晶体振动发射声波，不能用于高压（0.3MPa)、负压、高温； （3）穿透能力、方向性强 第七节 雷达物位计 1. 工作原理 C—电磁波传播速度, 300000km/s； d—被测介质液面与探头间距； 测量以光速c传播的超高频电磁波发射与反射间的时差△t，确定天线与反射面之间的高度（空高d）。 天线以波束的形式发射最小5.8GHz的雷达信号。 特点：传播的是电磁波，速度V与介质密度、温度等无关。 调频连续波 脉冲波 Δt的测量： 发射信号与反射信号频率的差频△f，它正比于延迟时间Δt，即正比于d。 ①调频连续波：天线发射的微波是频率波线性调制的连续波,当回波被天线接收到时,天线发射频率已经改变。 10GHz △f 功耗大，须采用四线制，电子电路复杂。 ②脉冲波：测量系统经过天线以固定的带宽周期地发射某一固定频率的微波脉冲，在被测物料表面产生反射后由雷达系统所接收。 功耗小，采用两线制，24VDC，本安。 2. 特点及适用范围 （2）非接触测量方式，安装方便。 （3）适用于高粘度、易结晶、强腐蚀及易爆易燃介质。尤其大型立罐和球罐等导电粘稠介质液位测量。 （1）测量精度比超声液位计高，可达0.25级，或1mm; 气体压力、温度波动变化不影响电磁波传播速度。 （4）测量范围大：0～40m。 （6）价格比超声式贵（测量电路难度大） （5）穿透能力、方向性比超声差 （7）介电常数1.4：介质对微波反射能力与介电常数有关 对于介电常数小或泡沫 为了消除有可能因容器的形状而导致多重回波所产生的干扰影响，或是在测量相对介电常数较小的介质波面时，用来提高反射回波能量，以确保测量准确度。 导波雷达 界面测量的要求：上层介质的相对介电常数需显著小于下层介质的相对介电常数（1/10），如果两种介质的相对介电常数无显著差异的话，将无法正确测量界面。 磁致伸缩液位计 测量原理 低压电流脉冲，开始计时 电脉冲（“询问脉冲”）伴随一个环形磁场以光速向前传递，当该环形磁场遇到浮子中永久磁铁的纵向磁场时，将产生超声扭转波返回（“返回脉冲”） 脉冲速度已知，测出“询问脉冲”和“返回脉冲” 的时间差，确定浮子的精确位置。 磁致伸缩液位计 （1）测量高，1mm 特点： （2）可同时测量两种不同液体之间的界位测量。 （3）不适合高粘度、重油。 （4）介质