安全检测技术第4章.ppt

图4-77　非导电液体的电容式液位传感器原理示意图 　　3.电容式液位传感器应用举例 　　现以晶体管电容液位指示仪为例进行简述。晶体管电容液位指示仪是用来监视密封大罐内导电性液体的液位，并能对加液系统进行自动控制。在仪器的面板上装有指示灯，红灯指示“液位上限”，绿灯指示“液位下限”。当红灯亮时表示液面已经达到上限，此时应停止加液；当红灯熄灭，绿灯仍然亮时，表示液面在上下限之间；当绿灯熄灭时，表示料面低于下限，这时应加料。 　　晶体管电容液位指示仪的电路原理如图4-78所示，电容传感器是悬挂在料仓里的金属探头，利用它对大地的分布电容进行检测。在大罐中上、下限各设有一个金属探头。整个电路由信号转换电路和控制电路两部分组成。 图4-78晶体管电容液位指示仪的电路原理 4.4.4　超声波物位计 　　1.超声传感器 　　在超声波检测技术中，主要是利用它的反射、折射、衰减等物理性质。不管哪一种超声仪器，都必须把超声波发射出去，然后再把超声波接收回来，变换成电信号。完成这一部分工作的装置，就是超声传感器。但是在习惯上，把这个发射部分和接收部分均称为超声换能器，有时也称为超声探头。 　　超声换能器根据其工作原理，有压电式、磁滞伸缩式和电磁式等多种，在检测技术中主要是采用压电式。 　　压电式换能器的原理是以压电效应为基础的。关于压电效应以前讲过，这里不再赘述。作为发射超声波的换能器是利用压电材料的逆压电效应，而接收用的换能器则利用其压电效应。在实际使用中，由于压电效应的可逆性，有时将换能器作为“发射”与“接收”兼用，亦即将脉冲交流电压加到压电元件上，使其向介质发射超声波，同时又利用它作为接收元件，接收从介质中反射回来的超声波，并将反射波转换为电信号送到后面的放大器。因此，压电式超声换能器实质上是压电式传感器。在压电式超声换能器中，常用的压电材料有石英（SiO2）、钛酸钡（BaTiO3）、锆铁酸铅（PZT）等。 图4-79直探头式换能器结构 　　2.超声传感器测物位 　　1）工作原理及方案 　　超声波液位计是利用回声测距原理进行工作的。由于超声波可以在不同介质中传播，所以超声波液位计也分为：气介式、液介式及固介式三类，最常用的是气介式和液介式。如图4-80所示，是液介式与气介式超声波液位计的几种测量方案，图（a）、（b)为液介式，图（c）、（d）为气介式。而图（a）、（c）两种方案是发射和接收都由一个探测器完成的单探头式；图（b）、（d）是一个发射和一个接收的双探头式。 图4-80超声波液位计的几种测量方案 （a）液介式单探头;（b）液介式双探头;（c）气介式单探头;（d）气介式双探头 　　对于液介式，探测器安装在液面底部，有时也可安装在容器（底）外部。图4-80（a）的单探头形式，探头发出的超声波脉冲经过液体传至液面，再经液面反射回到原来的发射器，此时发射器又变成了接收器，接收了超声波脉冲。如果探头距液面高度为L，从发射到接收超声波脉冲的时间间隔为t，则可表示为 （4-105） 式中:c为该超声波在被测介质中传播的速度。 　　由式（4-105）可见，如果准确知道介质中声波传播的速度c，再能测得时间t，就可以准确测量液位高度。 图4-80（b）、（d）是双探头式，声波经过的路程是2s，即 （4-106） （4-107） 式中:a为两个探测器之间的距离之半。 　　对于单探头与双探头方案的选择，主要应从测量对象具体情况来考虑。一般多采用单探头方案，因为单探头简单、安装方便、维修工作量也较小。另外，它可直接测出距离，不必修正。 图4-81发射的超声波脉冲波形 　　2）超声波物位计的应用 　　超声波物位计具有安装使用方便、可多点检测、精确度高、直接用数字显示液面高度等优点。同时，它存在着当被测介质温度、成分经常变动时，由于声速随之变化，故测量精度较低。 　　超声波物位测量优点如下： 　　（1）与介质不接触，无可动部件，电子元件只以声频振动，振幅小，仪器寿命长； 　　（2）超声波传播速度比较稳定，光线、介质粘度、湿度、介电常数、电导率、热导率等对检测几乎无影响，因此适用于有毒、腐蚀性或高粘度等特殊场合的液位测量； 　（3）不仅可进行连续测量和定点测量，还能方便地提供遥测或遥控信号； 　　（4）能测量高速运动或倾斜晃动的液体的液位，如置于汽车、飞机、轮船的容器中液位。 4.4.5雷达物位计 　　1.雷达物位计的类型及原理 　　雷达物位计按精度分类，可分为工业级和计量级两大类。工业级雷达物位计的精度一般为10～20mm，适用于生产过程中的物位测量和控制，不宜用于贸易交接计量。这类产品有德国E+H公司生产的FMR130，德国KROHNE公司生产的BM70等。计量级雷达物位计的精度在1mm以内。它既可以