项目六 液位检测
液位测量方法与实践 (2)
采用冗余设计、故障诊断等技术，提 高液位测量系统的可靠性和稳定性， 保证长期稳定运行。
多参数与集成化
多参数
在液位测量中集成温度、压力、流速 等其他参数的测量，实现多参数测量 和监控，提高测量的全面性和准确性。
集成化
将多个测量系统集成在一个平台上， 实现资源共享和数据互通，提高测量 效率和管理水平。
在污水处理、水文监测等领域，液位 测量可以帮助监测和控制污染物排放， 保护环境。
在油品、液化气等物流运输领域，液 位测量是安全和计量的重要手段，能 够保证运输安全并准确计量货物量。
液位测量方法的分类
接触式测量
接触式测量方法是通过测量液位与容器底部或顶部之间的距离来计算液位高度。 这种方法需要直接接触液体，因此对于腐蚀性、有毒或高温等恶劣环境下的液 位测量具有一定的局限性。
液位测量方法与实践
• 引言 • 液位测量原理 • 液位测量实践 • 液位测量精度与误差分析 • 液位测量技术的发展趋势 • 结论
01
引言
液位测量的重要性
工业生产
在石油、化工、制药等工业生产过程 中，液位测量是关键的工艺参数之一， 对于确保产品质量、安全生产和节能 减排具有重要意义。
物流运输
环境保护
06
结论
总结液位测量的方法与实践
超声波液位测量法
利用超声波在空气中传播的特性，通过测量超声波从发射到接收的时间差来计算液位高 度。
雷达液位测量法
利用雷达发射电磁波并接收反射回来的信号，通过测量电磁波往返时间来计算液位高度。
总结液位测量的方法与实践
重力液位测量法
利用重力的原理，通过测量液体重力产 生的力矩来计算液位高度。
对未来液位测量的展望
液位的测量
课题三 超声波液位传感器 [任务导入]
在污水池的污水处理过 程中，需要实时地在线监测 各种参数以保证准确的工艺 运行参数和及时显示处理结 果。由于污水成分比较复杂， 具有腐蚀性，因此常常选用 超声波液位计进行液位测量。
2013-11-5
超声波液位传感器属于非接触测量，可 以避免直接与污水接触，避免污水对传感器 探头损坏，并且反应速度快。 智能超声波液位传感器可以带有总线接 口，可以具有远传功能，也可以直接输送到 PLC，具有即时显示的功能，还可以现场参 数设置，操作简单、方便。而超声波液位计 工作原理是什么？其结构、特点如何？这就 是我们本课题的任务目标。
2013-11-5
1、 性能参数 温度范围：－20℃～＋1000℃； 压力范围：50MPa以下； 测量范围：0～2.0m； 精度：0.1％～2％。 2、 应用范围 限位点设置的控制和报警； 连续测量液位及储量； 用于各种同性质的液体及固体散粒； 用于易燃易爆区。
四、电容式液位传感器类型、结构
2013-11-5
1.压电晶片； 2.音膜 ； 4. 引线； 5.弹簧
3.钳形外壳 ；
三、超声波液位计安装注意事项
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 、要 确保探头底面与被测介质表面垂直；4 、变送器中心线 与容器内壁或 进料口等干扰源有足够的水平间距 ( ≥安 装高度× 0.05 米 ) ；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；8、露天或 野外安装时应加装雨阳罩。 2013-11-5
情境五、液位的检测
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三、测量参考电路
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四、总结调试
(1) 被测液体中不能充满密集气泡，不能悬浮大量固体，如结晶物 等。 (2) 在测量有黏度的液体时需要注意液体的温度影响。 (3) 安装测量探头的容器壁要求用能够良好传递信号的硬质材料制 成，例如碳钢、不锈钢、各种硬金属、玻璃钢、硬质塑料、陶瓷、 玻璃、硬橡胶等材料或其复合材料。 (4) 由于超声波也是声信号的一种，所以使用专用的声音芯片 LM386进行信号放大。接收到的超声波信号在5～30mV之间， LM386运放足可以胜任，而且价格低，其1脚和8脚之间的电阻电容 能够提高放大增益。 (5) 由于对小信号放大时存在的杂波比较大，所以级和级之间需加 个带通滤波器，让40kHz的信号通过，其他的信号全都截止，图527(d)中R2()的阻值不能太大，否则带通太宽，达不到滤波效果。 (6) C8是个隔直电容，可以把直流成分去掉。这个电容最好不使用 电解电容，因为这类电容漏电比较大，会夹杂直流成分。 (7) VD1、VD2两个二极管的作用是限幅，因为当CA3140(高输入阻 抗运算放大器)的输入大于2.5V时，CA3140工作将异常，所以需要 进行输入限幅。
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二、超声波传感器的实际应用
由于超声波在空气中有一定的衰减，则发送到液面及 从液面反射回来的信号大小与液位有关，液面位置越 高，信号越大；液面越低，则信号就小。超声波接收 及液位指示与控制电路如图5- 27(c)(d)所示。 当没有发射超声波信号时，A点的电位是0，B点的电 位是0，C点的电位也为0，而D点的电位是1。当接收 到超声波信号时，经过LM386放大，通过电感电容滤 波，使其只有40kHz的信号通过，再经过LM386进行 二次放大，当测量距离远时，二次放大后的信号仍然 太弱，所以还得进行三次放大；当测量距离较近时， 二次放大后的信号就很强了，但由于第三级的输入电 压不能太高，所以需用二极管做限幅。收到第一个信 号的上升沿时(C点为上升沿)，经过非门变成下降沿(D 点)，送给单片机的中断(P3.2)进行处理。
液位的测量原理
液位的测量原理
液位的测量原理通常可以分为以下几种常用的方法：
1. 浮子法：利用浮子在液面上漂浮或下沉的原理来测量液位。
浮子通常与液位计相连，当液位升高时，浮子随之上升；当液位降低时，浮子相应下沉。
通过观察浮子所处的位置，可以确定液位的高低。
2. 压力法：利用液体的静压力与液面高度之间的关系来测量液位。
通过将一个管道的一端浸没于液体中，并将另一端接入压力传感器，液体的压力可以通过传感器转化为电信号，从而测量液位的高度。
3. 振动法：利用液面导致振动频率改变的原理来测量液位。
传感器通常会产生特定频率的振动，当振动波传播到液体时，液体的密度改变会导致振动频率的改变。
通过测量传感器接收到的反射信号的频率，可以确定液位的高低。
4. 电容法：利用液体与电极之间的电容变化来测量液位。
电极可安装在液体表面或容器壁上，当液位改变时，液体与电极之间的电容会发生变化。
通过测量电极之间的电容值，可以确定液位的高低。
以上是几种常见的液位测量原理，不同的应用场景会选择不同的测量方法来实现液位的准确测量。
《液位测量》课件
液位测量在工业生产、化工、食品加 工、制药等领域具有广泛应用，对于 保证生产安全、控制产品质量、提高 生产效率等方面具有重要意义。
液位测量的应用领域
01 02
石油化工
在石油化工行业中，液位测量是关键的工艺控制参数，用于监测油罐、 反应器、精馏塔等设备中的液位高度和体积，以保证生产过程的稳定性 和安全性。
食品行业的液位测量
总结词
食品行业对卫生和安全要求高，需要可靠的液位测量 设备。
详细描述
在食品行业中，液位测量是保证生产过程卫生和安全 的关键环节之一。由于食品的易腐性和卫生要求，液 位测量设备需要具备高可靠性、易清洁和耐腐蚀等特 点。常用的液位测量方法包括超声波液位计、电容式 液位计和光学液位计等。
领域。
浮球液位计
总结词
结构简单、可靠性高、价格适中
VS
详细描述
浮球液位计是一种结构简单、可靠性高的 液位测量仪器，价格适中。它利用浮球与 容器内液位的同步变化来测量液位高度， 适用于各种液体介质，如水、油等。
压力液位计
总结词
测量准确、稳定性好、对温度和压力变化敏 感
详细描述
压力液位计是一种利用压力变化来测量液位 的仪器。它具有测量准确、稳定性好的特点 ，但对温度和压力变化较为敏感。压力液位 计通常用于测量液体介质的密度和体积等参 数。
电容测量法
总结词
利用液体的电特性来测量液位的方法 。
详细描述
电容测量法利用液体的电特性，通过 测量电容的变化来计算液位高度。这 种方法适用于导电液体，如电解质溶 液等，但不适用于非导电液体。
超声波测量法
总结词
利用超声波在液体中的传播特性来测量液位的方法。
详细描述
液位测量原理
液位测量原理
液位测量原理是通过不同的方式来确定液体的高度或深度。
以下是一些常见的液位测量原理：
1.浮力原理：根据浮力原理，测量液体高度的传感器可以测量液体中的浮子的浮力，进而确定液体的高度。
这种原理常用于液位开关或液位计。
2.压力原理：利用液体的静压原理，通过测量液体表面上方液体的压力来确定液体的高度。
这种原理常用于压力式液位计。
3.超声波原理：超声波液位传感器发射声波，然后测量声波从液面反射回来所用的时间，利用声波传播速度和时间的关系计算出液体的高度。
这种原理常用于非接触式液位计。
4.电容原理：通过测量液体与平行板电容器之间的电容值来确定液体的高度。
电容值与液体高度成正比，可以通过改变电容值来确定液位高度。
5.磁致伸缩原理：通过液体中的磁场感应器和测量装置之间的磁耦合来确定液体的高度。
液位变化时，磁场感应器会发生变化，从而可以得到液位的变化。
这些原理在不同的应用和场景中被广泛使用，可以根据具体需求选择合适的液位测量原理。
项目六 位置、位移的检测
二、基本特性
如图6-3是电涡流传感器简化模型中，把在被测金属导体上形 成的
3 2 1 ras ri ra
x
(r)
h
1—传感器线圈 2—电涡流短路环 图6-3 电涡流式传感器简化模型 图6-4电涡流式传感器等效电路
电涡流等效成一个短路环，即假设电涡流仅分布在环体之内， 模 型中h（电涡流的贯穿深度）可由下式求得：
6、检测方式 分埋入式和非埋入式。埋入式的接 近开关在安装上为齐平安装型，可与安装的金属 物件形成同一表面，非埋入式的接近开关则需把 感应头露出，以达到其长检测距离的目的。 7、响应频率 按规定的1秒的时间间隔内，接近 开关动作循环的次数。 8、导通压降 既开关在导通时，残留在开关输出 晶体管上的电压降。 9、输出形式 分npn二线，npn三线，npn四线， pnp二线，pnp三线，pnp四线，DC二线，AC二线， AC五线(自带继电器)等几种常用的形式输出。
传感器激 励电流
H1
传感器激 励线圈
I1
～ (a)
H2
被测金属 导体
(b)
I2
图6-2 电涡流式传感器原理图 （a） 传感器激励线圈; （b） 被测金属导体
线圈阻抗的变化完全取决于被测金属导体的电涡流 效应。因此，传感器线圈受电涡流影响时的等效阻抗Z 的函数关系式为 Z=F( μ ,r,f,x) （6-1） 测量方法： 如果保持上式中其它参数不变，而只改 变其中一个参数， 传感器线圈阻抗Z就仅仅是这个参数 的单值函数。通过与传感器配用的测量电路测出阻抗Z 的变化量，即可实现对该参数的测量。
三、测量电路
线性接近传感器是一种属于金属感应的线性器件，接通电源后，在传感器 的感应面将产生一个交变磁场，当金属物体接近此感应面时，金属中则产生涡 流而吸取了振荡器的能量（见表1），使振荡器输出幅度线性衰减，然后根据 衰减量的变化来完成无接触检测物体的目的。
液位测量的内容演示
二、静压式液位计
测量原理：通过测量某点压力或该点与另一点的压差来间接测量液位的仪表。由于 液体对容器底面产生的静压力与液位高度成正比，因此通过测容器中液体的压力即 可测算出液位高度。
静压式液位计可按结构形式分为 一、玻璃管液位计 利用连通器原理制成，通过玻璃管显示液位高度，是最简单的静 压式液位计。 二、压力式液位计 利用测压仪表来测量液位系统 三、压差式液位计 适用于密闭容器中。当液位变化时，液面处气压发生变化，通过压 差计测量气、液两相的压差来反映出液位高度
玻璃管测位计
特点：简单直观，测量范围较小 。测量结果只能现场读取，无法 传输，精度不高
压力式液位计
压力式液位计又可以进行一下划分： 1、压力表测位系统该系统只适用于敞口容器
引管式液位计
侧管式液位计
以上两种方式的区别在于测量的基准点不同，引管式液位计存 在一个零点迁移量
压力式液位计
2、法兰式压力变送测量位移系统
液位计的选用
1、仪表特性，包括测量范围、精度、可靠性等
2、工作环境，包括被测对象情况、液位计放置情况等 3、输出方式，包括是否连续测量、信号传递和显示等
变浮力式
原理 通过感受原件将液位变化转化为力 的变化，再将力的变化转化为机械 位移，然后通过转换装置转化成电 信号
浮筒平衡时：
液位升高
相减后：
浮力式液位计的特点
由于仪表各部件之间存在摩擦阻力，因此浮力式液 位计存在感应不灵敏区。 其中，浮筒式液位计可用于较高的工作压力下，其 余多用于常压工况。
恒浮力式
浮子随液面变化但所受浮力大小不变
分
类
变浮力式
所受浮力大小发生改变
传感器及检测技术教学设计7液位检测
项目六液位检测教学目的：1、能掌握电容式传感器三种类型的工作原理及特性。
2、能理解电容式传感器的几种测量电路。
3、能掌握超声波的概念和传播特性等。
4、能理解超声波传感器的工作原理。
5、能理解电容式传感器和超声波传感器的应用电路。
课型：新授课课时：3个任务，安排6个课时。
教学重点：电容式液位传感器的外形，各种电容式传感器的结构，变间隙式电容传感器，变面积式电容传感器，变介电常数式电容传感器，交流电桥电路，运算放大器式测量电路，超声波测流量。
教学难点：汽车油箱的液位检测，电容式传感器的工作原理，电容式传感器的测量电路，双T电路，脉冲调制电路，合理选择电容式液位传感器，试设计一个超声波探伤装置，并简要说明它的工作过程。
教学过程：1.教学形式：讲授课，教学组织采用课堂整体讲授和分组演示。
2.教学媒体：采用启发式教学、案例教学等教学方法。
教学手段采用多媒体课件、视频等媒体技术。
作业处理：完成项目后的思考题。
板书设计：基本知识汇总任务一汽车油箱的液位检测各种汽车、飞机的仪表盘上都有油箱油量的指示表，它是驾驶员要掌握的重要参数之一。
检测油箱液位的高低就要用到液位传感器，通常采用电容式液位传感器来测量油箱液位。
电容式传感器是把被测非电量转换为电容量变化的一种传感器。
它具有高阻抗、小功率、动态范围大、响应速度快、几乎没有零漂、结构简单、适应性强、可在恶劣的环境下使用等优点，但它具有分布电容影响严重的缺点。
一、电容式液位传感器的外形二、各种电容式传感器的结构三、电容式传感器的工作原理平板式电容器是由两个金属极板、中间夹一层电介质构成的。
若在两极板间加上电压，电极上就储存有电荷，所以电容器是一种储存电场能量的元件。
（一）变间隙式电容传感器（二）变面积式电容传感器（三）变介电常数式电容传感器四、电容式传感器的测量电路电容式传感器的测量电路是把电容值的变化转换成输出电压的变化，主要有五种类型：交流电桥电路、运放电路、双T电路、调频（谐振）电路和脉冲宽度调制电路。
仪表基础知识——液位检测及仪表
3.液位检测及仪表在容器或工业设备中液体介质的高度叫液位；固体粉末或颗粒状物质的堆积高度叫料位；液体－液体或液体－固体的分界面叫界面。
液位、料位和界面的测量统称为物位测量。
液位，料位和界面的测量仪表分别称为液位计，料位计和界面计，统称为物位计。
3.1物位检测仪表的分类物位测量的目的在于正确地知道容器或工业设备中所储藏物质的容量或质量。
为了满足生产过程中各种条件和要求，测量物位的仪表种类很多。
而且随着科技的进步，还会不断产生新的检测方法和检测仪表。
按工作原理的不同，物位仪表主要有以下几种类型：（1）直读式物位仪表。
利用连通管原理制成。
这类仪表中主要有玻璃管液位计、玻璃板液位计等。
（2）浮力式物位仪表。
应用浮力原理制成。
液位测量仪表是对漂浮在液体上的浮子高度的测量或对浸没在液体中的浮子所受浮力的测量。
前者称为恒浮力法，后者称为变浮力法。
（3）差压式物位仪表。
它是利用物位的变化对某定点所产生的压力也发生变化的原理进行物位测量。
可以分为静压力式物位仪表和差压式物位仪表两种。
（4）电磁式物位仪表。
将物位的变化转换成电量的变化，通过测量这些电量的变化来测知物位。
（5）核辐射式物位仪表。
核辐射线透过物料时，其强度会随着介质层厚度而变化，利用这一特性实现物位的测量。
（6）声波式物位仪表。
物位的变化会引起声阻抗的变化，因此声波的遮断和声波反射距离也会不同，测出这些变化就可以测知物位。
（7）光学式物位仪表。
利用物位对光波的遮断和反射原理工作的物位仪表。
3.2 浮力式液位计浮力式液位计是利用浮力原理测量液位的，根据浮子所受浮力的不同又分为恒浮力式液位计和变浮力式液位计两种。
1.恒浮力式液位计恒浮力式液位计是利用被测介质对浮子的浮力不随液位的变化而变化的原理工作的。
根据恒浮力的原理，结合生产的不同需要，有浮球液位计，磁浮子液位计及浮子钢带液位计等。
浮球液位计有内浮式和外浮式之分。
内浮式是将浮球直接安装于容器内部，而外浮式是在容器外安装一个与容器连通的浮球室进行测量。
建筑设备自动化系统工程压力和液位检测方法
建筑设备自动化系统工程压力和液位检测方法在建筑设备自动化系统工程中有很多压力参数是保证系统正常运行的基本参数。
如：空调系统的风道的静压、过滤网两侧的压差、管道的供水压力、暖通系统的供回水压差以及水箱液位等，无论是压力还是液位，都可以通过压力传感器将压力或液位参数转换成相关的电流或电压参数。
不同的系统压力检测范围不同，压力传感器的量程选择不同。
送风压力检测属于微压测量，量程范围一般为0～1000Pa，根据管道的长度不同，送风压力也有所不同。
供水管道的压力属于中等压力测量，量程范围一般为0～1.6MPa，根据供水楼层的不同，供水压力也不同。
压力传感器用于液位检测能够方便地通过检测液体压力准确换算出液位，量程范围一般为0～1MPa，根据容器的深度不同所用压力传感器也不同。
1、压力的表示方法被测压力通常可表示为绝对压力、表压、负压（或真空度）。
其中，压力为垂直作用于物体表面上的力；压强是垂直作用于单位面积物体表面上的力。
在建筑设备自动化系统的参数检测中，并不严格区分压力和压强，通常所说的压力实际上是指压强。
（1）压力的定义1）绝对压力：表以绝对压力（真空）零位为基准，高于绝对压力零位的压力。
2）正压：以大气压力为基准，高于大气压力的压力。
3）负压（真空度）：以大气压力为基准，低于大气压力的压力。
4）压差：两个压力之间的差值。
5）表压：以大气压力为基准，大于或小于大气压力的压力。
6）压力表：以大气压力为基准，用于测量小于或大于大气压力的仪表。
由于各种设备和检测仪表通常是处于大气之中，本身就承受着大气压力，因此工程上通常采用表压或真空度来表示压力的大小。
除特殊说明之外，以后所提及的压力均指表压力。
压力的法定单位是帕（Pa），另外还有单位兆帕（MPa）=105Pa，1标准大气压=0.1013MPa。
（2）压力表的精度等级分类常见精度等级有4级、2.5级、1.6级、1级、0.4级、0.25级、0.16级、0.1级等。
传感器与检测技术项目六 液位检测
整理课件
任务二 高压密闭容器的液位检测
超声波的传播特性： 1、传播速度：超声波的传 播速度与波长及频率成正 比。
Cf
λ为超声波的波长；f为超声波的
频率
整理课件
任务二 高压密闭容器的液位检测
2、通过两种不同的介质时，超声波产生反射和折射 现象。但当它由气体传播到液体或固体中，或由固体、 液体传播到气体中时，由于介质密度相差太大而几乎 全部发生反射。
任务一 汽车油箱的液位检测
二、变面积式电容传感器
直线位移型电容传感器
角位移型电容传感器
整理课件
任务一 汽车油箱的液位检测
电容传感器的容量与投影面积的关系演 示工作原理演示
整理课件
任务一 汽车油箱的液位检测 三、变介电常数式电容传感器
变介电常数式电容传感器
整理课件
任务一 汽车油箱的液位检测
应用：测量头构成电容器的一个极板，另一个极 板是物体本身，当物体移向接近开关时，物体和 接近开关的介电常数发生变化，使得和测量头相 连的电路状态也随之发生变化.接近开关的检测物 体，并不限于金属导体，也可以是绝缘的液体或 粉状物体
整理课件
任务二 高压密闭容器的液位检测
整理课件
谢谢!
整理课件
3、通过同种介质时，超声波随着传播距离的增加， 其强度因介质吸收能量而衰减。
超声波在气体中衰减很快， 频率较高时衰减更快。因 此，超声波仪器主要用于固
体和液体中。
整理课件
任务二 高压密闭容器的液位检测
超声检测是一种无损检测。广泛用 于金属构件、混凝土制品、塑料制品、 陶瓷制品的探伤及厚度检测，以及物位、 液位、流量、流速检测和防盗报警等许 多领域。
电容式液位传感器探头类型及应用
6模块六、液位检测
伺服电容式油量表工作原理
当油箱中无油时，圆柱形电容器的电容Cx 0为最小值， ubd =0。 调零过程： 暂时断开减 速箱与电位 器RP的机 械连接，
电位器RP的滑动 臂调到0点，此时 相邻两臂电阻相等 （R3、R4的阻值相 同）。
再调节半可变电容C0，使C0=Cx 0；此时电桥的输出ubd 为零，油量表指针偏转角θ=0。
表6-3
A
TQ-DRUL电容式液位变送器的型号及说明
第二位字母
TQ-DRUL 厂家代号 仅有物位高度显示
P 普通型（-20~60℃） E 中温型（-40~200℃） F 防腐型 （不锈钢接头，氟塑料包裹探极）
B
高度显示加上/下限 报警输出
C
高度显示加变送器 输出（4~20mA）
D
变送输出加上/下限 报警 高度显示、变送输 出加上/下限报警
如果固定A、 d为常数，电容 C将随两个极 板间的介质相 对介电常数εr 的变化而变化。
表6-2
介质名称
几种介质的相对介电常数
相对介电常数εr 介质名称 相对介电常数εr
真空 空气
其他气体 硅油 聚丙烯 聚四氟乙烯 聚偏二氟乙烯
1 略大于1
1~1.2① 2~3.5 2~2.2 2.0 3~5
玻釉 SiO2
解 1）二线制压力变送器的输入/输出方程通用表达 式为：I=a0+a1p。当液位H=0时，则p=0，a0=4mA。 当被测压力为满量程时， p+max=100kPa ，此时的输出 电流I=20mA，则a1=(20-4)mA/100kPa=0.16mA/kPa 压力变送器的输入/输出方程： I=a0+a1p=4mA+(0.16mA/kPa)p。 与输出电流 4~20mA 对应的输入静压力可以用下式计 算：p=(I-a0)/a1。 2）H20=Hmax=p+max/(ρg) =(100×103)Pa/(1000kg/m3×9.8m/s2)=10.2m 压 力 变 送 器 的 输 出 为 12mA 时 ， p12=(12mA4mA)/(0.16mA/kPa)=50kPa ，是压力变送器量程的一半。 由于液位H与压力p成正比，所以有： H ( I / mA) 4 或 ( I / mA) 4 H= H max H max 20 4 20 4
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超声探头的外形图
任务二 高压密闭容器的液位检测
超声波探测用耦合剂 超声探头与被测物体接触时，探头与被测物 体表面间存在一层空气薄层，空气将引起三个界 面间强烈的杂乱反射波，造成干扰，并造成很大 的衰减。为此，必须将接触面之间的空气排挤掉， 使超声波能顺利地入射到被测介质中。在工业中， 经常使用一种称为耦合剂的液体物质，使之充满 在接触层中，起到传递超声波的作用。常用的耦 合剂有自来水、机油、甘油、水玻璃、胶水、化 学浆糊等。
任务二 高压密闭容器的液位检测
超声波的特性 声波： 是一种机械波，由于发声体的机械振动， 引起周围弹性介质中质点的振动，并由近及 远的传播。 人耳能听到的声波频率：20HZ～20kHZ范 围内。频率超过20KHZ称为超声波，低于 20HZ称为次声波。检测中常用的超声波频 率范围为几十kHZ到几十MHZ。
。
任务二 高压密闭容器的液位检测
超声波的传播特性： 1、传播速度：超声波的传 播速度与波长及频率成正 比。
C f
λ为超声波的波长；f为超声波的
频率
任务二 高压密闭容器的液位检测
2、通过两种不同的介质时，超声波产生反射和折射 现象。但当它由气体传播到液体或固体中，或由固体、 液体传播到气体中时，由于介质密度相差太大而几乎 全部发生反射。 3、通过同种介质时，超声波随着传播距离的增加， 其强度因介质吸收能量而衰减。
被测物体 感应电极
振荡电 路
任务一 汽车油箱的液位检测
电容 式传 感器 的测 量电 路
电桥电路 运放电路 双T电路 调频（谐振）电路
脉冲宽度调制电路
任务一 汽车油箱的液传感器的外形图
任务一 汽车油箱的液位检测
电容式液位传感器探头类型及应用
任务一 汽车油箱的液位检测
生产中电容式液位传感器
任务二 高压密闭容器的液位检测
超声波是一种机械波，它方 向性好，穿透力强，遇到杂质或 分界面会产生显著的反射。利用 这些物理性质，可把一些非电量 转换成声学参数，通过压电元件 转换成电量。超声波传感器就是 利用超声波的特性，将非电量转 换为电量的测量元件。
角位移型电容传感器
任务一 汽车油箱的液位检测
电容传感器的容量与投影面积的关系演 示工作原理演示
任务一 汽车油箱的液位检测
三、变介电常数式电容传感器
变介电常数式电容传感器
任务一 汽车油箱的液位检测
应用：测量头构成电容器的一个极板，另一个极 板是物体本身，当物体移向接近开关时，物体和 接近开关的介电常数发生变化，使得和测量头相 连的电路状态也随之发生变化.接近开关的检测物 体，并不限于金属导体，也可以是绝缘的液体或 粉状物体
超声波测液位示意图
任务二 高压密闭容器的液位检测
超声波液位传感器安装示意图
任务二 高压密闭容器的液位检测
探头安装要求： （1）对于铁质容器，可以给探头工作端面涂 上硅脂并用磁性吸盘将其直接贴在容器底部即 可；若容器外壳是玻璃等其它材料，可以用胶 将探头粘贴固定或用支架固定于容器底部。探 头指向须与所测距离在同一直线上。 （2）探头正上方无盘管等遮挡物； （3）远离罐底进液口，以避免进液剧烈流动 对测量的影响；
任务二 高压密闭容器的液位检测
谢谢!
超声波在气体中衰减很快， 当频率较高时衰减更快。因 此，超声波仪器主要用于固 体和液体中。
任务二 高压密闭容器的液位检测
超声检测是一种无损检测。广泛用 于金属构件、混凝土制品、塑料制品、 陶瓷制品的探伤及厚度检测，以及物位、 液位、流量、流速检测和防盗报警等许 多领域。
任务二 高压密闭容器的液位检测
应用
指纹识别所需电容传感器包含一个大约有数万 个金属导体的阵列，其外面是一层绝缘的表面， 当用户的手指放在上面时，金属导体阵列/绝缘 物/皮肤就构成了相应的小电容器阵列。它们的 电容值随着脊（近的）和沟（远的）与金属导 体之间的距离不同而变化。
任务一 汽车油箱的液位检测
二、变面积式电容传感器
直线位移型电容传感器
ERW管材焊缝超声检测系统
任务二 高压密闭容器的液位检测
采用超声检测分析仪检测混凝土
任务二 高压密闭容器的液位检测
超声波距离传感器
任务二 高压密闭容器的液位检测 超声波传感器的特性 具有小角度，小盲区，测量准确，无接触，防 水，防腐蚀，低成本等优点。可应于液位，物位 检测，可保证在液面有泡沫或大的晃动，不易检 测到回波的情况下有稳定的输出。
任务二 高压密闭容器的液位检测
实施
工作原理 在液罐下方安装了超声波发射器 和接收器。超声波传感器发射出的超 声波在液面被反射，经过时间t后，探 头接收到从液面反射回的回音脉冲， 这样探头到液面的距离L由下式可得：
1 L ct 2
c为超声波在被测介质中的传播速度；t为 从发出超声波到接收到超声波的时间。
项目六 液位检测
学习目标
1．了解测量液位的方法。 2．掌握电容式传感器三种类型的工作原理及特性。 3．能理解电容式传感器的几种测量电路。 4．掌握超声波的概念和传播特性等。 5．能理解超声波传感器的工作原理。 6．能理解电容式传感器和超声波传感器测量液位 的原理和其他应用电路。
任务一 汽车油箱的液位检测
一、变间隙式电容传感器
d Δd
d 取值不能大，否则
将降低灵敏度,实际应 用常采用差动式结构
任务一 汽车油箱的液位检测
差动式结构优点： 1、减小非线性误差 2、提高传感器灵敏度 3、减小寄生电容的影响 4、减小温度、湿度等环境因素的影响
Δδ ε0 d2
d1
ε0
C1 C2
任务一 汽车油箱的液位检测
任务二 高压密闭容器的液位检测
（4）远离罐顶进液口下方位置，以避免进液 冲击使液面剧烈波动影响测量； （5）高于出液口或排污口，以避免罐底长期 沉积污物对测量的影响.如不满足条件，则应 有措施保证定期清除罐底污物； （6）液位测量头用磁性或焊/粘接固定方式安 装时，容器壁上的安装表面尺寸应不小于 Ф80的圆面，表面粗糙度应达到1.6，倾斜度 应小于3°(旁通管除外)。
任务一 汽车油箱的液位检测
电容式传感器的工作原理 平板式电容器的电容量：
+ + +
A
A Cd
A为两极板相互覆盖的有效面 积；d为两极板间的距离；为
极板间介质的介电常数。
变间隙式（或变极距式）
变面积式
d
变介电常数式
任务一 汽车油箱的液位检测
各种电容式传感器的结构示意图 变极距(δ)型：(a)、(e)； 变面积(S)型：(b)、(c)、(d)、(f)、(g)、（h）； 变介电常数(ε)型：（i）～（l）
任务二 高压密闭容器的液位检测
静电超声传感器工作原理与电容式麦克风相似：只 在一边镀有一层金属的薄介电薄膜形成传感器的活动元 件，用来发射和/或接收超声信号。中心开槽的固定底板 主要用来集中声束以冲击薄膜。 静电传感器更高的灵敏度可转换成比压电传感器更 长距离的探测能力（或短距离应用时的更低增益接收电 路），以及更为可靠的探测小型及吸声目标的能力。带 适当驱动和接收电路的单个静电传感器，可覆盖短至1英 寸、长至60英尺的探测距离，使其成为储罐液位测量应 用的理想选择。
导电或非导电强腐蚀性介质而且环境有腐蚀性挥发物，腐蚀性蒸汽环境
任务一 汽车油箱的液位检测
实施 棒状电极（金属管）外面包裹聚四 氟乙烯套管，当被测液体的液面上升 时，引起棒状电极与导电液体之间的 电容变化。
任务一 汽车油箱的液位检测
注意： （a）屏蔽和接地 （b）增加初始电容值，降低容 抗。 （c）导线间分布电容有静电感 应，因此导线和导线要离得远， 线要尽可能短，最好成直角排列， 若采用平行排列时可采用同轴屏 蔽线。 （d）尽可能一点接地，避免多 点接地。
本章任务
任务一 汽车油箱的液位检测 任务二 高压密闭容器的液位检测
任务一 汽车油箱的液位检测
电容式传感器是把被测非电量 转换为电容量变化的一种传感器。 它具有高阻抗，小功率；动态范围 大，响应速度快；几乎没有零漂； 结构简单、适应性强，可在恶劣的 环境下使用等优点，但它具有分布 电容影响严重的缺点。
探头类型 金属裸棒探头 全绝缘棒式探头 带同轴接地管金属 裸棒探头 带同轴接地管全绝 缘探头 金属裸缆探头 全绝缘缆式探头 典型应用 非导电介质＋导电容器 导电介质或非导电介质＋导电容器 介电常数« 5的非导电非结晶液体介质；非导电非结晶液体介质＋非导电容器； 非导电非结晶液体介质＋容器虽导电但径向尺寸较小且形状不规则
导电非结晶液体介质＋容器导电但径向尺寸较小且形状不规则
非导电介质＋导电容器 导电介质或非导电介质＋大型导电容器
带参考电极金属裸 棒双杆探头
带参考电极全绝缘 棒式双杆探头 整体聚四氟乙烯包 覆探头
非导电易结晶液体介质＋非导电容器
导电且易结晶液体介质＋非导电容器；导电且易结晶液体介质＋容器导电但 径向尺寸较小且形状不规则