第七章 物位测量精品.ppt

7.4.1 测量原理 超声波具有反射、透射和折射的性质。当超声波入射到两种不同介质的分界面上时会发生反射、折射和透射现象，这就是应用超声技术测量物位常用的一个物理特性。超声技术应用于物位测量中的另一特性是超声波在介质中传播时的声学特性，如声速、声衰减和声阻抗等。概括起来，基于声波的下述物理特性实现物位检测。 ①声波在某种介质中以一定的速度传播，在气体、液体和固体等不同介质中，因声波被吸收而减弱的程度不同，从而区别其穿过的是固体、液体还是气体。 ②声波遇到两相界面时会发生反射，而反射角与入射角相等。反射声强与介质的特性阻抗有关，特性阻抗为声速和介质密度的乘积，当声波垂直入射时，反射声强IR与入射声强IE间存在如下关系。 ③声波在传送中，频率越高，声波扩散越小，方向性越好；而频率越低，则衰减越小传输越远。 利用声换能器发射一定频率的声波。声换能器由压电元件组成，利用这种晶体元件的逆压电效应：交变电场(电能)→振动(声波)；正压电效应：振动→交变电场，做成声波发射器和接收器。 测量原理 Ｈ——超声探头至物位的垂直距离， ｔ——由发射到接收所经历的时间 ｖ——超声波在介质中传播的速度 7.4.2 测量方法 实际应用中可以采用多种方法。根据传声介质的不同，有气介式、液介式和固介式； 根据探头的工作方式，又有自发自收的单探头方式和收、发分开的双探头方式。它们相互组合就可得到不同的测量方法。 1. 液介式测量方法 探头固定在液体中最低液位处，探头发出的超声脉冲在液体中由探头传至液面，反射后再从液面返回到同一探头而被接收。 2.气介式测量方式 探头安装在最高液位之上的气体中， v代表气体中的声速。 3.固介式测量方法 将一根传声的固体棒或管插入液体中，上端要高出最高液位，探头安装在传声固体的上端， v代表固体中的声速。 一发一收双探头方式 7.5 微波（雷达）物位测量 电磁波的波长在1mm到1m波段的称为微波。 微波的特点： 具有良好的定向辐射性 具有良好的传输特性，在传输过程中受火焰、灰尘、烟雾及强光的影响极小 介质对微波的吸收与介质的介电常数成比例，水对微波的吸收最大。 微波（雷达）物位测量仪表的特点 没有可动部件、不接触介质、没有测量盲区，可以用于对大型固定顶罐、浮顶罐内腐蚀性液体、高黏度液体、有毒液体的液位进行连续测量 测量精度几乎不受被测介质温度、压力、相对介电常数及其易燃易爆等恶劣工况的限制。 7.5.1 测量原理 发射接收的是高频电磁波，原理类似于超声液位计。但因是电磁波，波速与空气的温度、湿度等无关。 德国E+H FMR230 雷达液位计 被设计用于对液体、颗粒及浆料 进行连续非接触的物位测量。 测量不受介质变化、温度变化、 惰性气体及蒸汽的影响； 喇叭式天线，频率6GHz； 量程20m，精度±3mm； 两线制，HART协议； 西门子(Siemens) SITRANS LR400 雷达液位计 适用于测量高粉尘固体物料 和低介电常数液体物位。 连续波调频工作方式； 自动抑制虚假回波 工作频率24GHz； 量程50m，精度±60mm； 两线制，HART协议； 现场本安型的红外手持编程器对仪表进行编程。 雷达探侧器对时间测量有两种方式，即微波脉冲法及连续波调频法。 脉冲测量法大多采用5~6GHz辐射频率，发射脉宽约8ns； 连续波调频法一般采用10GHz以上载波辐射频率，锯齿波宽带调频。 7.5.2 雷达液位计的应用问题 (1)介质的相对介电常数 由于雷达液位计发射的微波沿直线传播，在液面处产生反射和折射时微波有效的反射信号强度被衰减，当相对介电常数小到一定值时，会使微波有效信号衰减过大，导致雷达液位计无法正常工作。为避免上述情况的发生，被测介质的相对介电常数必须大于产品所要求的最小值， (2)温度和压力 微波的传播速度不受温度变化的影响。但对高温介质进行测量时，需要对雷达液伙计的传感器和天线部分采取冷却措施，以便保证传感器在允许的温度范围内正常工作；或使雷达天线的喇叭口与最高液面间留有一定的安全距离，以免高温介质对天线的影响。 由于微波的传播速度仅与相对介电常数和磁导率有关，所以雷达液位计可以在真空或受压状态下正常工作。但是当容器内压力高到一定程度时，压力对雷达测量将带来误差。 (3)导波管(稳态管) 使用导波管，主要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液面时，用来提高反射回波能量，以确保测量准确度。当测量浮顶罐和球罐的液位时，一般要使用导波管，当介质的相对介电常