弱信号检测技术课件第四章过程参数检测技术

10
2、物位检测仪表分类
按测量方式：连续测量和定点测量 按工作原理：直读式、压力式、浮力式、机械式、电气式等。
(1)直读式： 采用侧壁开窗口或旁通管方式，直接显示容器中 物位的高度。方法可靠、准确，但是只能就地指不。主要用于液 位检测和压力较低的场合。
(2)静压式： 基于流体静力学原理，适用于液位检测。容器内 的液面高度与液柱重量所形成的静压力成比例关系，当被测介质 密度不变时，通过测量参考点的压力可测知液位。
若圆柱形浮子的外直径为D、浮子浸 入液体的高度为h、液体密度为ρo则其 所受浮力F为
此浮力与浮子的重量减去绳带向上的拉力相平衡。当液位发 生变化时，浮子浸入液体的深度将改变，所受浮力亦变化。 浮力变化ΔF与液位变化ΔH的关系：
12
2、电容式物位计
2r2 2r1
hx
h
C1 C2
C
C=
2 0 h +
ln( r2 / r1 )
2(0)hx
lnr(2/r1)
AKhx
A 20h
ln(r2 / r1)
K 2( 0)
ln(r2 /r1)
可见传感器电容量C与被测液位高度hx成线性关系。13
3、超声式物位计
回波反射式超声波物位计原理：利用发射的 超声波脉冲将由被测物料的表面反射，测量 从发射超声波到接收回波所需的时间，求出 从探头到分界面的距离，进而测得物位。
C0——压电片等效电容。
8
三、压力检测实例3
案例：电子称
原理
将物品重量通过悬臂梁转化结 构变形再通过应变片转化为电 量输出。
9
第二节 物位的检测
一、物位定义及分类
1、物位的定义
“物位” 指设备和容器中液体或固体物料的表面位置。Leabharlann 应 不同性质的物料又有以下的定义。
(1)液位 指设备和容器中液体介质表面的高低。 (2)料位 指设备和容器中所储存的块状、颗粒或粉末状固体 物料的堆积高度。 (3)界位 指相界面位置。容器中两种互不相溶的液体，因其 重度不同而形成分界面，为液—液相界面；容器中互不相溶的 液体和固体之间的分界面，为液—固相界面。液—液、液—固 相界面的位置简称界位。 物位是液位、料位、界位的总称。对物位进行测量、指示和 控制的仪表，称物位检测仪表。
设c为超声波在被测介质中的传播速度， t 为从发射超声波到接收回波所需的时间， 则测得液位H:
注意：超声波在介质中的传播速度易受介质的温度、成分等 变化的影响，是影响物位测量的主要因素，需要进行补偿。 通常可在超声换能器附近安装湿度传感器，自动补偿声速因 温度变化对物位测量的影响。还可使用校正器，定期校正声 速。
14
4、光纤式物位计
15
三、物位检测实例
联合站注水水源井的无线遥控系统
由主控站和各水源井测控箱两大部分组成。 主控站以工控机作为主机，对各个水源井的现场状态、数据进行 遥测和远程遥控开关机，还可对注水罐、消防罐、净化污水罐的 水位和注水主干线的压力进行检测，主控站与各水源井之间由无 线电台进行通信，具备打印报表和网络传输功能。水源井测控箱 对水源井的压力、流速、流量、液面、电压、电流、功率进行检 测，还可对电机的过载、缺相、过热、三相不平衡、逆相进行检 测，具有电机软启动和遥控启停功能，由无线电台控制其工作。
弹簧管压力计：测压范围：－105－109Pa,精度±0.1％ 波纹管差压计： 弹性测压计：电位器式、霍尔元件式
3
2、力平衡式压力计
采用反馈力平衡的原理，反馈力的平衡方式可以是弹性力平衡或 电磁力平衡等。
被测压力或压差作用于弹性敏感元件上，它感受压力作用并将其转 换为位移或力，并作用于力平衡系统，力平衡系统受力后将偏离原 有的平衡状态；由偏差检测器输出偏差值至放大器；放大器将信号 放大并输出电流(或电压)信号，电流信号控制反馈力或力矩发生机 构，使之产生反馈力；当反馈力与作用力平衡时，仪表处于新的平 衡状态；显示机构可输出与被测压力或压差相对应的信号。
(3)浮力式：基于阿基米德定律，适用于液位检测。漂浮于液 面上的浮子或浸没在液体中的浮筒，在液面变动时其浮力会产生 相应的变化，从而检测液位。
(4)机械接触式： 通过测量物位探头与物料面接触时的机械力 实现物位的测量。这类仪表有重锤式、旋冀式和音叉式等。
(5)电气式：将电气式物位敏感元件置于被测介质中，当物位 变化时其电气参数如电阻、电容等也将改变，通过检测这些电量 的变化可知物位。
由引线1、壳体2、基座3、压电晶片4、受压膜片5及导 电片6组成。当膜片5受到压力P作用后，则在压电晶片 上产生电荷。在一个压电片上所产生的电荷q为
qd11 Fd1S 1 P
F——作用于压电片上的力；
d11——压电系数；
P——压强，
P
F S
；
S——膜片的有效面积。
1 2 3
6
4
5
p 压电式测压传感器原理7图
测压传感器的输入量为压力P，如果传感器只由一 个压电晶片组成，则根据灵敏度的定义有：
电荷灵敏度
kq
q P
电压灵敏度
ku
U0 P
根据（q 5.d41-41 F2 ）d式1S 1，P 电荷灵敏度可表示为
因为
kq d11S
U
0
q ，所以电压灵敏度也可表示为
C0
ku
d 11 S C0
式中 U0——压电片输出电压；
4
3、压力传感器 能够检测压力值并提供远传信号的装置称为压力传感器
应变式压力传感器 压阻式压力传感器 电容式压力传感器 压电式压力传感器 振频式压力传感器 集成式压力传感器 光纤式压力传感器
5
三、压力检测实例1
基于光纤的压力检测
6
三、压力检测实例2
压电式压力传感器
根据使用要求不同，压电式测压传感器有各种不同的结 构形式。但它们的基本原理相同。
二、常用压力检测仪表
1、弹性压力计
弹性元件是仪表的核心部分，
其作用是感受压力并产生弹
性变形，弹性元件采用的形 式要根据测量要求选择和设 计；
弹性膜片 波纹管 弹簧管
变换放大机构的作用是将弹性元件的变形进行变换和放大；指示 机构如指针与刻度标尺，用于给出压力示值；调整机构是用于调 整仪表的零点和量程。
11
(6)其他物位检测方法如声学式、射线式、光纤式、激光式等
二、常用物位检测仪表
1、浮子式液位检测仪表
作为检测元件的浮子漂浮在液面上， 浮子随着液面的变化而上下移动，其 所受浮力的大小保持一定，检测浮子 所在位置可知液面高低。浮子的形状 常见有圆盘形、圆柱形和球形等，其 结构根据使用条件和使用要求设计。