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模块六 液位的测量 课题一 液位传感器 一、浮子式液位传感器及液位检测 浮力式液位检测的基本原理 通过测量漂浮于被测液面上的浮子（浮标）液面变化而产生的位移来检测液位；（恒浮力式检测——浮子式） 利用沉浸在被测液体中的浮筒（沉筒）所受的浮力与液面位置的关系来检测液位。（变浮力式检测） 恒浮力式液位传感器 将液面上的浮子用绳索连接并悬挂在滑轮上，绳索的另一端挂有平衡重锤，利用浮子所受的重力和浮力之差与平衡重锤的重力相平衡，使浮子漂浮在液面上。 平衡关系：W-F=G W—浮子的重力 F—浮力 G—重锤的重力 当液位上升时，浮子所受浮力F增大，则W-FG，使原有平衡关系被破坏，浮子在重锤重力作用下向上移动，但浮子在上移的同时，浮力F下降，W-F增大，直到W-F又重新等于G时，浮子停留在新的液位上，反之同理。实现浮子对液位的追踪。 说明： W和G是定值，浮子停留在任何高度液面时，F的值不变，所以称为恒浮力法。 实质：通过浮子把液位的变化转换成机械位移（线位移或角位移）的变化。 二、变浮力式液位检测 变浮力式液位检测原理 利用浮筒实现液位检测。 浮筒被液体浸没的高度不同，以致所受浮力不同，以此来检测液位的变化。 将一横截面积为S，质量为m的圆筒形空心金属浮筒挂在弹簧上，由于弹簧的另一端固定，弹簧因浮筒的重力被压缩，当浮筒的重力与弹簧力达到平衡时，浮筒才停止移动。 浮筒重力与弹簧力的平衡条件为 G—浮筒的重力 C—弹簧的刚度 x0—弹簧由于浮筒重力而产生的压缩量 当液位改变、浮筒的一部分被浸没时，浮筒收到液体对它的浮力作用而向上移动，当弹簧力和浮力筒的重力平衡时，浮筒停止移动。 设液位高度为H，浮筒由于向上移动实际浸没在液体中的长度为h，浮筒移动的距离即弹簧长度的改变量△x为 △x=H-h 根据力平衡可得 可见，当液位发生变化时，浮筒产生位移，其位移量△x与液位高度成正比关系。 变浮力液位检测方法的实质： 将液位转换成敏感元件浮筒的位移变化。 课题二 电容式液位传感器 1、电容式液位传感器的工作原理 利用被测介质面的变化引起电容变化的一种变介质型电容传感器。 电容式液位传感器 2、电容式液位传感器测量电路 高频电感电容电桥电路 利用电容充放电原理电路 课题三 超声波液位传感器 一、超声波液位传感器的工作原理及特点 利用超声波在气体、液体和固体介质中传播的回声测距原理检测液位的。 超声波测液位的优越性 可用于危险场所非接触检测物位，可以测量所有液体和固体的物位； 可以定点和连续测量，而且能够很方便地提供遥控所需要信号； 测量精度高和换能器寿命长； 传感器与物料不直接接触，安装维护方便，价格便宜； 超声波不受光线、料度的影响，其传播速度不直接与介质的介电常数、电导率、热导率有关，广泛应用于测量腐蚀性和侵蚀性物粒及性质易变的物位。 超声波液位传感器的缺点 超声波传感器不能测量有气泡和有悬浮物的液位； 当被测量液面有很大波浪时，在测量上会引起超声波反射混乱，产生测量误差； 超声波液位传感器的检测范围为10-2 -10-4m，精度为0.1%。 二、超声波液位传感器的结构 超声波探头：声换能器 声发射换能器：压电晶片1，半球面音膜2，音膜和晶被螺钉和压环固定在钳形外壳3上，音膜起改善辐射阻抗匹配、提高辐射功率的作用。 声接收器：压电晶片背面用弹簧5压紧。 三、超声波液位传感器传感器的安装尺寸 1、变送器安装在无剧烈振动、波动、泡沫或强电磁干扰的场合为宜； 2、法兰、螺母安装时，优先采用PVC法兰或螺母，且不要将变送器拧得过紧； 3、确保探头底面与被测介质表面垂直； 4、使变送器中心线与容器内壁或进料口等干扰源之间有足够的水平间距（不小于安装高度*0.05m）。 三、超声波液位传感器传感器的安装尺寸 5、探头底面与物位零点（4mA）之间的安装高度不大于3m的标称量程。 6、探头底面与物位满点（20mA）之间的垂直间距不小于0.25m的盲区距离。 7、露天或野外采用垂吊方式安装时，尽量缩短悬挂部分的电缆长度，避免过度摆动。 四、超声波液位传感器的选型原则 1、液位测量时的最大量程为液位量程的50%； 2、反射面情况不确定或反射能力较弱时，应选择量程大些的变送器； 3、存在较高浓度的粉尘、蒸气或挥发性气体时，应选择量程大些的变送器； 4、对存在易燃易爆等危险气体的应用场合应选择安全型产品。 * * △x H h △x H h △x H h △x H h 将式 代入上式 一般情况下， ，故可以认为H=h，从而被测液位可表示为 浸没浮筒的液体的密度 若忽略边缘效应，圆筒式液位传感器如下图，传感器的电容量与被液位的关系为 液位传感器 C1 C C2 可见，传感器电容量C与被测液位高度hx成