化工测量及仪表第4章.pptVIP

4.4.3光电式物位计 光电式物位计 光电器件的作用是检测照射其上的光通量。选用何种形式的光电器件取决于被测参数、所需的灵敏度、反应的速度、光源的特性及测量环境、条件等。 大多数情况下，光电器件的输出电信号较小，需设置放大器。对于变化的被测信号，在光路系统中常采用光调制，因而放大器中有时包含相敏检波及其他运算电路，对信号进行必要的加工和处理。测量电路的功能是把光电器件输出电信号变换成后续电路可用的信号。 完成光电测试需要制定一定形式的光路图，光路由光学元件组成。通过光学元件实现光参数的选择、调制和处理。在测量其他物理量时，还需配以光源和调制件。常用的光源有白炽灯、发光二极管和半导体激光器等，用以提供恒定的光照条件；调制件是用来将光源提供的光量转换成与被测量相对应变化光量的器件，调制件的结构依被测量及测量原理而定 4.4.3光电式物位计 光电式物位计 （2）半导体激光料位计 下图所示为半导体激光料位计原理示意图。 用于控制固体加料料位的半导体激光料位计的工作方式为遮断方式，当物料遮断激光束时，在接收器上形成突变从而发出信号。激光器采用砷化镓半导体为工作介质，经电流激发，调制发出红外光束，光束经过透镜后到达接收器，接收器由硅光敏三极管组成．当接收到激光照射时，光敏元件产生光电流；有物料挡住光束时，线路终端输出脉冲信号，可控硅导通，继电器工作，发出信号。 4.4.3光电式物位计 光电式物位计 （3）光电式液位计 光电式液位计利用光的全反射原理实现液位测量。如右图所示，发光二极管作为发射光源，当液位传感器的直角三棱镜与空气接触时，由于入射角大于临射角，光在棱镜内产生全反射，大部分光被光敏二极管接收，此时液位传感器的输出便保持在高水平状态；而当液体的液位到达传感器的敏感面时，光线则发生折射，光敏二极管接收的光强明显减弱，传感器从高电平状态变为低电平，由此实现液位的检测。 4.3.4 雷达液位计 返回 以光速c传播的超高频电磁波经天线向被探测容器的液面发射，当电磁波碰到液面后会反射回来，雷达液位计是通过测量发射波及反射波之间的延时t来确定天线与反射面之间的高度（空高h）。 t=2h/c 特点及适用范围：雷达液位计的性能大大优于超声波液位计。超声波液位计探头发出的声波是一种机械能，介质成份变化会引起声速的变化，例如液体的蒸发汽化会改变声波的传播速度，从而引起超声波液位测量的误差。而电磁能量的传送则没有这些局限性，它可以在缺少空气（真空）或具有汽化介质的条件下传播，并且气体的波动变化不影响电磁波的传播速度。 雷达液位计是采用了非接触测量的方式，没有活动部件，可靠性高，平均无故障时间长达10年，不污染环境，安装方便。适用于高粘度、易结晶、强腐蚀及易爆易燃介质。 精度可达0.25级，工作温度范围为-200～230℃，工作压力为≤40.MPa，测量范围为0～40m，采用不同的安装方式可以满足球罐、拱顶罐、内浮顶和外浮顶等罐的测量要求。 物位检测方法及仪表 接触型——导波雷达 时域反射计（TDR）、缆式雷达、微脉冲雷达（MIR）； 接触技术，不是辐射型； 沿缆绳发射一个信号； 优点：经济、高信噪比可测量不同介质、适用于小容器密闭罐；代替浮筒。 非接触型——导波、调频连续波雷达 自顶向下安装； 不受过程液体变化的影响； 不受蒸气空间改变的影响； 不受温度压力影响； 直接测量； 能够与过程隔离。 物位检测方法及仪表 导波雷达 时域技术(TDR发生器)——6GHz and 26GHz； 发射一个脉冲信号测量回波的时间； 基于时间的测量(ETS--等时采样原理)，精度依赖于时间测量的准确性； 雷达信号以光速传播。 3300系列 5400系列 物位检测方法及仪表 调频连续波(FMCW)雷达 测量一个与距离成正比的回波的频率的改变； 可以非常精确的测量； 不测量时间； 10GHz，1GHz变频幅度 24GHz，2GHz变频幅度 Time t ?f ~ d 10,3 9,7 t0 ?f Frequency f (GHz) d 物位检测方法及仪表 固态源频率变化规律为 ： 式中 ： T——调制波周期； F——调制波频率； ——固态源初始频率； ——本振频率； ——固态源在调制信号1/2周期内的频偏范围； t ——时间。 物位检测方法及仪表 回波频率为 ： 式中 ——回波频率； ——微波往返于被测对象之间的延迟时间Δt=2L/C，C为光速，L为被测距离； 所以，差频频率为