检测技术与传感器(第七章物位检测技术)
传感与检测技术物位检测
随着微电子和纳米技术的发展，物位检测 设备的体积越来越小，便于安装和使用。
技术挑战与解决方案
第一季度
第二季度
第三季度
第四季度
精度和稳定性问题
由于物位检测环境的复 杂性和不确定性，高精 度和稳定性的检测技术 是当前面临的主要挑战 。解决方案包括采用新 型传感器材料、优化算 法和数据处理技术等。
无线通信干扰
03
传感与检测技术在物位检测中的 应用
工业生产中的物位检测
总结词：精确控制 总结词：提高效率 总结词：降低成本
详细描述：在工业生产中，物位检测是关键环节，通过 使用传感与检测技术，可以精确地检测和控制原材料、 半成品和成品的库存量，确保生产流程的顺利进行。
详细描述：通过实时监测物位，可以及时发现异常情况 ，如库存不足或溢出，从而快速响应，避免生产中断， 提高整体生产效率。
电容式检测
利用物位变化引起电容器极板间 介质变化，从而改变电容量，通 过测量电容量的变化来检测物位 。
非接触式物位检测
超声波检测
利用超声波在不同介质中传播速度的 差异，通过测量反射波的时间差或相 位差来检测物位。
雷达式检测
通过发射高频电磁波并接收反射回来 的信号，根据信号的相位差或时间差 来检测物位。
详细描述：通过物位检测技术，可以实现仓库的智能化 管理，自动记录货物的入库、出库和库存情况，提高仓 库的空间利用率和货物周转率。
详细描述：基于物位检测数据的分析，可以为物流企业 提供智能决策支持，如优化运输路径、预测市场需求等 ，帮助企业更好地应对市场变化。
农业领域的物位检测
总结词：精准农业
详细描述：在农业领域，物位检测技术用于精准农业管理，通过实时监测土壤湿 度、养分等参数，为农民提供科学合理的灌溉和施肥方案，提高农作物的产量和 质量。
传感器与检测技术(5)
式中ρ为被测介质密度；g为重力加 速度。 特点：测量简单、无可动部件、工作可靠、压力表精度高。
2.1 压力、差压式液位计
凡是可以测压力和差压的仪表，选择合适的量程均可用于检 测液位。 压力式液位计：用于敞口容器中液位的测量。 差压式液位计：用于密闭容器中液位的测量。
压力变送器
2.1 压力、差压式液位计
（2）物位检测仪表的分类
7.2
常用物位检测仪表
(1)直读式液位检测仪表
测量原理：基于连通器原理而实现液位的测量。
结构：形式多样
特点：最简单、经济
连通阀，用于切断玻 璃液位计与容器
（2）静压式液位检测仪表
工作原理：把物位的测量转换为压 力或压差的测量。如图7-1所示。 B点为选定的零液位。则从液面至 零液位处的差压：
按工作原理：
（2）物位检测仪表的分类
按工作原理：阿基米德定律液位检测，有浮筒式和浮 子式液位计。 机械式：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。 有重锤式、音叉式。 电气式：将电气敏感元件置于被测介质中，根据物位 变化与电气参数变化关系来测量物位。
其他方法 如声学式、射线式、光纤式等，见表7 －1
水深测量仪
（3）浮力式物位检测仪表
3.1 浮子(bobber)式液位计——恒浮力式
原理：把液位的变化传给浮在液面上的浮子，浮子受液 体的浮力而漂在液面上，当浮力与重量相等时，浮子的位 置就代表液位，并且随液位同步移动。 浮子的形状：圆盘形、圆柱形和球形，要根据使用条件 和使用要求来设计。 浮子位置的检测方式：直接指示和信号远传。
7.2.3.2.超声波物位检测
回波测距法—声波在介质中的传播有一定的速度，但 在密度不同的介质分界面处会产生反射和折射。从发 射超声波到收到反射回波的时间间隔与分界面位置有 关，从而测得物位。 分类：固介式、液介式、气介式
自动检测技术--物位测量(及课后答案)
（1）选择变送器的量程 解： p Hmax 1g 2.5 1200 9.8 29400Pa 变送器量程可选为：0～40kPa
（2）确定变送器的迁移量 P P 0 1 gH 2 gh 1
P P 0 2 gh2
当H 0时，迁移量 2 g h2 h1 = 950 9.8 4 37240Pa
cx H x gA
A g x H K H c A g
浮筒产生的位移与液位变化成比例
变浮力法测量液位原理：将液位的变化转变为力的变化， 然后再将力的变化转变为机械位移
7.1.2 恒浮力式液位计 （1）磁浮子式液位计（浮球式液位计） 原理：根据液位变化时，漂浮在液体表面的浮子随之同步 移动的原理而工作。 测量要求： 1. 用于温度、粘度较高而压力不太高的 密闭容器； 2. 仅适合窄范围液位的测量
p p0 Hg
p p0 p H g g
7.2.2 压力式液位计 差压液位变送器原理图 压力表式液位计
当被测容器是敞口的，气相压力为大气压时，只需将 差压变送器的负压室通大气即可。若不需要远传信号，也 可以在容器底部安装压力表，如上图所示。 注意：需注意测压仪表的基准点是否与最低液位一致。 此法适用于粘度小，洁净液体的液位测量
几个概念： 在容器中液体介质的高低叫液位，容器中固体或颗 粒状物质的堆积高度叫料位。 测量液位的仪表叫液位计，测量料位的仪表叫料位 计，测量两种密度不同液体介质的分界面的仪表叫界面 计。 在物位检测中，有时需要对物位进行连续检测，有 时只需要测量物位是否达到某一特定位臵，用于定点物 位测量的仪表称为物位开关。
直读式物位仪表
原理：根据连通器原理，从玻璃管或玻璃 板上的刻度读出液位的高度。 优点：结构简单；读数直观，精确可靠； 维修方便，价格低廉。 缺点：只能就地指示，信号不能远传。
现代检测技术7物位检测技术
2、调频连续波式物位计
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7.2.1 重锤探测法
7.2 料位检测方法
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重锤探测法是一种比较粗略的检测方法，但在某些精度要求不高的场合仍是一种简单可行的测量方法，它既可以连续测量，也可进行定点控制.
称重法
一定容积的容器内，物料重量与料位高度应当是成比例的。 用称重传感器或测力传感器测出物料的重量，然后再换算出料位的高度。
7.2.6 微波法
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在容器的一侧安装微波发射天线，在另一侧安装接收天线。
01
接收到的微波功率经电子线路转换成电压，并与报警电路或执行器相接。
04
当料位较低时，定向发射的微波无衰减地直接为接收天线接收。
02
当料位升高到遮断微波束时，微波一部分能量被反射、一部分能量被物料吸收。
03
2、浮筒式（变浮力式）液位计
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浮子向上移动的同时，F减小，W-F增加，直到W-F=G时，浮子将停留在新的液位上。
浮筒式是把一个比重比液体大的浮筒用弹簧悬挂在液体中，浮筒所受浮力随液面升降而变化，这样就把液位测量转化为浮筒浮力的测量。
当液位上升时，浮子所受浮力F增加，W-F＜G，使原有平衡关系被破坏，浮子向上移动。
要求物料是导电介质。
2、电容式料位计
与电容式液位计的原理相类似。
7.2.4 声学法
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光学法
在储料容器一侧安装激光发射器，另一侧安装接收器。
当料位未达到控制位置时，接收器能够正常接收到光信号；
当料位上升到控制位置时，光路被遮断，接收器接收的信号迅速减小。
测试技术教案第7章
7.3.2、温度传感器
接触式温度传感器主要有四种类型：金 属热电偶、半导体热敏电阻、电阻温度检测 器(RTD)和IC温度传感器。 非接触温度传感器主要有红外非接触温 度传感器、激光测量温度传感器和基于彩色 CCD三基色的温度测量传感器等
（1）被测对象的温度是否需记录、报警和 自动控制，是否需要远距离测量和传送？ （2）测温范围的大小和精度要求如何？ （3）测温元件大小是否适当？ （4）在被测对象温度随时间变化的场合， 测温元件的滞后能否适应测温要求？ （5）被测对象的环境条件对测温元件是否 有损害？ （6）价格如何，使用是否方便？
－ 189.35 2 － 182.96 2
54.361
锌凝固点
419.58
629.73
氩三相点
83.798
银凝固点
961.93
1235.08
氧冷凝点
90.188
金凝固点
1064.43
1337.58
7.4 振动量的测量
7.4.1 振动的概念
从狭义上说，通常把具有时间周期性的运动称为振动。 从广义上说，任何一个物理量在某一数值附近作周期性的
C K0 K1 K2 K3 (Wmax W )/N
案例：一般应使传感器工作在量程的30%～70% 内，在使用过程中存在较大冲击力的应用场合， 一般要使传感器工作在量程的20%～40%内。
C＝1.25×1.2×1.03×1.02×(30＋1.9)／4＝12.57（t）
所以可选用量程为15t的传感器。
(c)笼形轴
(d)矩形轴
(e)辐状轮
(a)轴键连接方式
(b)轴键连接方式
(c)法兰连接方式
测量环
测量技术 物位检测
5、核辐射物位仪表：利用射线透过物料时 其强度随物质层的厚度而变化的原理。
6、声波式物位仪表：由于物位的变化引起 声阻抗的变化、声波的遮断和声波反射距离 的不同，测出这些变化就可测知物位。根据 工作原理分为声波遮断式、反射式和阻尼式 。
C 2 (2 1)H KH
ln(D d )
1
2
L H
当电容器的几何尺寸和介电
物位检测
第一节 物位检测的意义及主要类型
物位测量在工业生产中具有重要的地位。例如 蒸汽锅炉运行时，如果汽包水位过低，就会危及锅 炉的安全，造成严重事故。
一、物位的基本概念 液位：容器中液体介质的高低 料位：容器中固体物质的堆积高度 界面：两种密度不同液体介质的分界面的高度
测量液位的仪表叫液位计，测量料位 的仪表叫料位计，测量两种密度不同液体 介质的分界面的仪表叫界面计。
全、正常进行。
三、检测方法分类 物位传感器种类较多, 按其工作原理可分为下列
几种类型:
1、直读式物位仪表：根据流体的连通性原 理测量液位。如玻璃管液位计、玻璃板液位 计等。
2、差压式物位仪表：利用液柱或物料堆积 对某定点产生压力的原理而工作。
3、浮力式物位仪表：利用浮子高度或浮力 随液位高度而变化的原理工作。
二、零点迁移问题 差压变送器安装位置条件不同存在着仪表零点迁
移问题。 1．无迁移 理想测量条件下，液位H=0时，变送器的输入压
差信号∆P=0，差压变送器的输出为零点信号4mA。 零点是对齐的：
H＝0时
p = Hg =0
I0=4mA 这种情况称为无迁移。
实际应用时，由于差压变送器安装位置的限制， 测量零点很难对齐，需要对变送器的零点进行迁移。
传感器与检测技术
传感器与检测技术在当今的工业环境中，传感器和检测技术扮演着至关重要的角色。
随着科技的不断发展，传感器和检测技术已经成为现代工业自动化、智能化和高效化的重要支撑。
一、传感器：感知世界的触角传感器是一种能够感知并响应外部环境变化（如温度、湿度、压力、光照等）的装置。
在工业自动化领域，传感器能够实时、准确地感知生产过程中的各种参数，如温度、压力、物位等，从而为生产过程提供重要的反馈信息。
1、1传感器的种类和应用根据不同的应用需求，传感器可以被分为多种类型，如热敏传感器、压力传感器、光学传感器等。
这些传感器广泛应用于各种工业生产过程中，帮助企业实现生产过程的自动化和智能化。
1、2传感器的发展趋势随着科技的进步，传感器的性能和精度不断提高，同时也在向小型化、集成化和网络化方向发展。
未来的传感器将更加智能，能够适应更复杂、更恶劣的环境。
二、检测技术：洞察生产的眼睛检测技术是利用各种物理原理和方法，对生产过程中的各种参数进行测量和判断，以确保生产过程的稳定和产品的质量。
2、1检测技术的种类和应用检测技术涵盖了多个领域，如化学分析、物理测量、生物检测等。
在工业生产中，检测技术主要用于对原材料、半成品和成品的质量进行检测和控制，以确保产品的质量和性能。
2、2检测技术的发展趋势随着人工智能和大数据技术的发展，检测技术也在向智能化和自动化方向发展。
未来的检测技术将更加高效、准确和可靠，能够适应各种复杂和恶劣的环境。
三、传感器与检测技术在工业中的应用在石油化工、电力、制药等行业中，传感器和检测技术的应用非常广泛。
例如，在石油化工行业中，传感器能够实时感知生产过程中的温度、压力等参数，而检测技术则能够对原材料和产品的质量进行严格把控。
在电力行业中，传感器能够对设备的运行状态进行监测，而检测技术则能够对排放的气体和废水进行检测和控制。
在制药行业中，传感器能够对生产过程中的环境参数进行监测和控制，而检测技术则能够对药品的质量进行严格把关。
传感器与检测技术 (胡向东 刘京诚 著) 机械工业出版社 课后答案
第1章传感器特性习题答案：5.答：静特性是当输入量为常数或变化极慢时，传感器的输入输出特性，其主要指标有线性度、迟滞、重复性、分辨力、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定性。
传感器的静特性由静特性曲线反映出来，静特性曲线由实际测绘中获得。
人们根据传感器的静特性来选择合适的传感器。
9．解：10.解：11．解：带入数据拟合直线灵敏度0.68,线性度±7%。
，，，，，，13．解：此题与炉温实验的测试曲线类似:14．解：15．解：所求幅值误差为1.109,相位滞后33042,所求幅值误差为1.109,相位滞后33042,16．答：dy/dx=1-0.00014x。
微分值在x<7143Pa时为正，x>7143Pa时为负，故不能使用。
17．答：⑴20。
C时，0～100ppm对应得电阻变化为250～350kΩ。
V0在48.78～67.63mV之间变化。
⑵如果R2=10MΩ，R3=250kΩ，20。
C时，V0在0～18.85mV之间变化。
30。
C时V0在46.46mV（0ppm）～64.43mV（100ppm）之间变化。
⑶20。
C时，V0为0～18.85mV，30。
C时V0为0～17.79mV，如果零点不随温度变化，灵敏度约降低4.9%。
但相对（2）得情况来说有很大的改善。
18．答：感应电压=2πfCRSVN,以f=50/60Hz,RS=1kΩ,VN=100代入，并保证单位一致，得：感应电压=2π*60*500*10-12*1000*100[V]=1.8*10-2V 第3章应变式传感器概述习题答案9.答：(1).全桥电路如下图所示(2).圆桶截面积应变片1、2、3、4感受纵向应变；应变片5、6、7、8感受纵向应变；满量程时：（3）10．答：敏感元件与弹性元件温度误差不同产生虚假误差，可采用自补偿和线路补偿。
11．解：12．解：13．解：①是ΔR/R=2（Δl/l）。
因为电阻变化率是ΔR/R=0.001，所以Δl/l（应变）=0.0005=5*10-4。
传感器和检测技术
（2）料位测量的特点 料面不规则,存在自然堆积的角度。
物料排出后存在滞留区。
物料间的空隙不稳定，会影响对容器中实际储 料量的计量。
（3）界位测量的特点
界位测量的特点则是在界面处可能存在浑浊 段。
浮力
F D2 hg
4
恒浮力式液位计
浮子重锤液位计
舌簧管式液位计
7.2.2.2 浮筒式液位计
工作原理
cx0mgAHg
当液位变化时
c ( x 0 x ) m g A ( H H x )g
H (1 c )x
Ag
7.2.3.1 电容式物位计
敏感元件:两个同轴圆筒电极组 成的电容器。
第7章 物位检测
7.1 物位的定义及物体检测仪表的分类 7.2 常用物位检测仪表 7.3 影响物位检测的因素
7.1 物位的定义及物位检测仪表的分类
（1）物位的定义 物位统指设备和容器中液体和固体物料的表面位置,是 液位、料位、界位的总称。
液位:指设备和容器中液体介质表面的高低。
料位：指设备和容器中所存储的块状、颗粒或粉末状 固体物料的堆积高度。
C 2 L
ln
D d
1）测量不导电介质
C k 2 1 H
ln
D d
2）测量导电介质 变极板长度方式
聚四氟乙烯外套
电容式油量表
超声波物位检测
检测原理
超声波在介质中传播时会被吸收而衰减。超声波在 穿过两种不同介质的分界面时会产生反射和折射。
采用单探头时, 探头与液面的距离为: hct /2
采用双探头时:
h
s2a2
ct 2 2
a2
7.2.3.3 核辐射物位计
原理:利用核辐射线在穿透物质时将被衰减的现象来 确定物位。
传感器及检测技术(重点知识点总结)
传感器与检测技术知识总结1：传感器是能感受规定的被检测量并按照一定规律转换成可输出信号的器件或装置。
一、传感器的组成2：传感器一般由敏感元件，转换元件及基本转换电路三部分组成。
①敏感元件是直接感受被测物理量，并以确定关系输出另一物理量的元件（如弹性敏感元件将力，力矩转换为位移或应变输出）。
②转换元件是将敏感元件输出的非电量转换成电路参数（电阻，电感，电容）及电流或电压等电信号。
③基本转换电路是将该电信号转换成便于传输，处理的电量。
二、传感器的分类1、按被测量对象分类（1）内部信息传感器主要检测系统内部的位置，速度，力，力矩，温度以及异常变化。
（2）外部信息传感器主要检测系统的外部环境状态，它有相对应的接触式（触觉传感器、滑动觉传感器、压觉传感器）和非接触式（视觉传感器、超声测距、激光测距）。
2、传感器按工作机理（1）物性型传感器是利用某种性质随被测参数的变化而变化的原理制成的（主要有：光电式传感器、压电式传感器）。
（2）结构型传感器是利用物理学中场的定律和运动定律等构成的（主要有①电感式传感器；②电容式传感器；③光栅式传感器）。
3、按被测物理量分类如位移传感器用于测量位移，温度传感器用于测量温度。
4、按工作原理分类主要是有利于传感器的设计和应用。
5、按传感器能量源分类（1）无源型：不需外加电源。
而是将被测量的相关能量转换成电量输出（主要有：压电式、磁电感应式、热电式、光电式）又称能量转化型；（2）有原型：需要外加电源才能输出电量，又称能量控制型（主要有：电阻式、电容式、电感式、霍尔式）。
6、按输出信号的性质分类（1）开关型（二值型）：是“1”和“0”或开(ON)和关（OFF）；（2）模拟型：输出是与输入物理量变换相对应的连续变化的电量，其输入/输出可线性，也可非线性；（3）数字型：①计数型：又称脉冲数字型，它可以是任何一种脉冲发生器所发出的脉冲数与输入量成正比；②代码型（又称编码型）：输出的信号是数字代码，各码道的状态随输入量变化。
传感器与检测技术智慧树知到答案章节测试2023年咸阳职业技术学院
第一章测试1.下列指标中，描述传感器静态特性的是（）。
A:频率特性B:时间常数C:阶跃特性D:线性度答案:D2.传感器的分辨力越高，表示传感器（）。
A:能感知的输入变化量越小B:迟滞越小C:重复性越好D:线性度越好答案:A3.在传感器及检测系统的静态指标中，表达其对输入量变化的反应能力的是（）。
A:灵敏度B:重复性C:线性度D:量程答案:A4.属于传感器动态特性指标的是（）。
A:固有频率B:重复性C:灵敏度D:线性度答案:A5.提高灵敏度，可得到较高测量精度，所以说不用考虑其他因素，灵敏度越高越好。
（）A:对B:错答案:B第二章测试1.用相邻双臂桥检测的应变式传感器，为使其灵敏度高、非线性误差小，需保证（）。
A:两个桥臂应当分别用应变量变化相反的工作应变片B:两个桥臂都应当用大电阻值工作应变片C:两个桥臂都应当用两个工作应变片串联D:两个桥臂应当分别用应变量变化相同的工作应变片答案:A2.应变片测量测量电路中四臂电桥工作方式输出电压是单臂电桥工作方式输出电压的（）。
A:1倍B:3倍C:4倍D:2倍答案:C3.半导体应变片的灵敏系数比电阻应变片的灵敏系数大（）。
A:(10~30)倍B:(50～70)倍C:(70~90)倍D:(30～50)倍答案:B4.半导体应变片的工作原理是基于（）。
A:压阻效应B:压电效应C:压磁效应D:热电效应答案:A5.半导体应变片电阻变化的原因，主要是应变片几何尺寸的变化。
（）A:错B:对答案:A第三章测试1.下列哪些是电感式传感器?（）A:差动式B:压磁式C:变压式D:感应同步器答案:ABCD2.变间隙式电感传感器的测量范围增大时,其灵敏度 ,非线性误差。
（）A:1降低，2增大B:1降低，2减C:1增大，2减小D:1增大，2增大答案:A3.差动变压器式传感器的输出是交流电压，只能反映衔铁位移的大小，不能反映位移的方向,利用能达到辨别移动方向的目的。
（）A:放大电路B:相敏检波电路C:交流电桥D:调频电路答案:B4.零点残余电压产生的原因是（）。
传感器与检测技术智慧树知到答案2024年山东科技大学
传感器与检测技术山东科技大学智慧树知到答案2024年第一章测试1.通常意义上的传感器包含了敏感元件和（）两个组成部分。
（）A:保护电路B:转换元件C:数据采集电路D:滤波电路答案:B2.传感器的主要功能是( )。
A:检测和转换B:调制和解调C:传输和显示D:滤波和放大答案:A3.下列属于传感器的分类方法的是：（）A:按输入量分类B:按能量变换关系分C:按输出量分类D:按工作原理分类答案:ABCD4.传感器的共性就是利用物理定律和物质的物理、化学或生物特性，将非电量（如位移、速度、加速度、力等）转换成电量（电压、电流、电容、电阻等）。
（）A:错 B:对答案:B5.传感技术的作用主要体现在：( )A:传感技术是产品检验和质量控制的重要手段。
B:传感技术及装置是自动化系统不可缺少的组成部分。
C:传感技术在系统安全经济运行监测中得到广泛应用。
D:传感技术的完善和发展推动着现代科学技术的进步。
答案:ABCD第二章测试1.衡量传感器静态特性的指标不包括（）。
A:灵敏度B:线性度C:超调量D:迟滞答案:C2.一阶传感器输出达到稳态值的90%所需的时间是（）。
A:延迟时间B:峰值时间C:上升时间D:调节时间答案:C3.属于传感器动态特性指标的是（）A:灵敏度B:分辨率C:迟滞D:固有频率答案:D4.系统灵敏度越高，就越容易受到外界干扰的影响，系统的稳定性就越好。
（）A:错 B:对答案:A5.一个高精度的传感器必须有良好的静态特性和动态特性，才能完成信号无失真的转换。
（）A:对 B:错答案:A第三章测试1.当试件（弹性材料）与电阻丝材料的线膨胀系数相同时：环境温度变化不会产生附加变形。
（）A:错 B:对答案:B2.关于关于电阻丝灵敏度系数说法错误的是（）A:不管任何材料应变片灵敏度系数均为B:金属材料应变片受力后材料的几何尺寸的变化1+2μ。
C:在金属丝拉伸极限内，电阻的相对变化与应变成正比，即K为常数。
D:半导体材料应变片受力后材料的电阻率发生的变化（∆ρ/ρ）/ε。
传感器物位检测
pB ：选定的零液位压力
h 静压差 △p = pB – pA
= ρɡh
h=f（△p）
◆ 差压式液位计的零点迁移
1、什么是零点迁移？
一般差压计都有调整零点位置的机构，将测压仪 表的零点迁移到和液位零点重合，这就是零点迁移。
2、为什么要进行零点迁移？
由于工艺条件和安装高度的影响，即使被测液位 h=0，仍然会有附加压力存在，从而使差压变送器的 输出不等于其量程的下限值。为了消除这个附加压 力的影响，就必须进行零点迁移。
传感器与检测技术
第七章 物位检测
一、基本概念
物位检测是对设备和容器中物料储量多少的度量。 物位----液位、料位和界位的总称。 测量方式----定位测量:只检测物位是否达到上限或下限。
连续测量:持续的测量物位的变化过程。
二、常用物位检测仪表
1、差压式液位检测法
pA H？
pB
原理：液位---静压力
波源的频率≠观察者 接收到的频率
出水口
浮子
② 连续式
线圈1 线圈2
浮子(导磁材料)
机械式油量表
4、浮筒式液位计
F弹 + F浮 = G
工作原理—
三力平衡时,浮筒静止在某一位 置。当液位变化时,浮筒所受的浮力 相应改变,平衡状态被打破，从而引 起弹簧弹力的改变，以达到新的平 衡。弹簧的伸缩使位移传感器的敏 感元件发生位移,反应了液位的变化。
便携式超声波探鱼器
B超检查
超声波传感器应用举例
质量检查
紧固件的安装错误检测
超声波传感器应用举例
叠放高度测量
超声波传感器应用举例
物件放置错误检测
超声波传感器应用举例
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第七章 物位检测技术
¡ 超声波物位检测仪表
™ 检测原理
¡ 声波从一种介质向另一种介质传播时，在两种密度不
同、声速不同的介质分界面，将产生反射和折射，反 射率为 Z2cosα − Z1cosβ2 IR R= I = Z cosα + Z cosβ 0 2 1
¡ 声波从液体或固体传播到气体，由于两种介质的密度
¡ 被测介质为导电性液体，电
极要用绝缘物覆盖作为中间介 质，而液体和外圆筒一起作为 外电极。 2πε3 C ≈ C0 + ln h (R/r) ¡ 几何尺寸一定、被测介质 一定时，电容的变化量是 被测介质物位的线性函数。第七Fra bibliotek 物位检测技术
¡ 电容式液位检测仪表
™ 介电常数
第七章 物位检测技术
¡ 电容式液位检测仪表
需要抵消此作用，其方法 叫做正迁移。
第七章 物位检测技术
¡ 静压式液位检测仪表
™量程迁移 ¡ 负迁移 差压变送器输出减少了一 个固定的压差 ∆p = ρgH − ρg(H0 − h) = ρgH − B
需要抵消此作用，其方法 叫做负迁移。
第七章 物位检测技术
¡ 静压式液位检测仪表
™量程迁移
¡ 差压变送器输出受到附加静压的影响
第七章 物位检测技术
¡ 其他物位检测仪表
™ 微波物位计和超声波物位计的主要差别的比较
微 波类型 反射特性 压力影响 温度影响 传播速度 测量盲区 动态范围 传播环境 电磁波 在不同介电常数的界面上反射 微不足道 微不足道 约 3×108m/s（真空中） 到天线顶端 高达 150 dB 很少受气相环境影响 波 机械波 在不同声阻抗的界面上反射 很小 需温度补偿 约 334 m/s（空气中，20℃） 离辐射面＞250 mm 高达 100 dB 要求均一的气体环境 超 声 波
¡ 浮力式液位检测仪表
™ 检测原理
¡ 重力与弹力平衡时
mg = Cx0 H = h + ∆x mg − ρghA = C(x0 − ∆x)
当 h >> ∆x, H ≈ h C H≈ ∆x ρgA
第七章 物位检测技术
¡ 电容式液位检测仪表
™ 检测原理
¡ 检测元件为一圆筒式电容器。
由两个圆筒形金属导体中间隔以 绝缘物质构成圆筒形电容器。 ¡ 当两圆筒中间所充介质为空气时， 该圆筒间的电容量为 2πε1L C0 = ln(R/r)
两种不溶液体介质的分界面的高低和固体粉末 状颗粒物料的堆积高度等的总称。 ¡ 物位检测实际上就是料位、液位和界面的检测。
™意义
¡ 确定容器内储存量 ¡ 通过测量达到控制物位
第七章 物位检测技术
¡ 基本概念
™按其工作原理分类 ¡ 直读式物位计 根据流体的连通性原理测量液位。 ¡ 静压式物位计 根据液柱或物料堆积高度变化对某点上产生的静(差) 压力的变化的原理测量物位。 ¡ 浮力式物位计 根据浮子高度随液位高低而改变，或液体对浸沉在 液体中的浮子(或称沉筒)的浮力随液位高度变化而 变化的原理测量液位。
第七章 物位检测技术
¡ 电容式液位检测仪表
™ 检测原理
¡ 如果电极的一部分被液体(物料)
所浸没时 2πε1(L − H) 2πε2H C = + ln(R/r) ln(R/r) 2π(ε2 − ε1)H = C0 + ln(R/r) = C0 + ∆C
第七章 物位检测技术
¡ 电容式液位检测仪表
™ 检测原理
第七章 物位检测技术
¡ 静压式液位检测仪表
™量程迁移 ¡ 利用差压变送器测量密闭容器液位时，由于现场的 安装条件不同，存在量 程无迁移、正迁移 和负迁移三种情况。 ¡ 无迁移 当差压变送器的测量室与容器 最低液位安装在同一水平面上 时无迁移。
第七章 物位检测技术
¡ 静压式液位检测仪表
™量程迁移 ¡ 正迁移 差压变送器输出增加了一 个固定的压差 ∆p = ρgH + ρgh = ρgH + C
第七章 物位检测技术
¡ 其他物位检测仪表
™微波物位检测仪表：检测原理
¡ 微波传感器由振荡器与微波天线等构成。 ct h= 2 ct2 − s2 h= 2
第七章 物位检测技术
¡ 其他物位检测仪表
™微波物位检测仪表：检测原理
¡ 测量准确 ¡ 可靠性强、寿命长 ¡ 几乎可以测量所有介质 ¡ 安全节能
™ 检测原理
第七章 物位检测技术
¡ 电容式液位检测仪表
™ 检测原理
¡ 超声式液位检测仪表
™ 检测原理 ™ 超声波的接收和发射
¡ 其他物位检测仪表
™ 射线式物位检测仪表 ™ 微波式物位检测仪表 ™ 磁致伸缩式液位检测仪表
第七章 物位检测技术
¡ 基本概念
™物位
¡ 物位是指各种容器设备中液体介质液面的高低、
第七章 物位检测技术
¡ 超声波物位检测仪表
™ 检测原理
¡ 采用单探头时
vt h= 2
¡ 采用双探头时
vt2 − 2
h=
a2
第七章 物位检测技术
¡ 超声波物位检测仪表
™ 超声波的接收和发射 ¡ 基于压电效应和逆压电效应 ™实现方法
超声波传播速度的补偿方法有
¡ 温度补偿 ¡ 设置校正具
™ 检测原理
¡ 超声波发射和接收换能
器设置在水中，超声波 在液体中传播。超声波 在液体中的衰减比较小， 即使发出的超声波脉冲 幅度较小也可以传播。
第七章 物位检测技术
¡ 超声波物位检测仪表
™ 检测原理
¡ 超声波发射和接收换能
器也可安装在液面的上 方，超声波在空气中 进行传播，便于安装和 维修。超声波在空气 中衰减比较大，用于液 位变化比较大的场合时 ，必须采取相应措施。
第七章 物位检测技术
¡ 其他物位检测仪表
™磁致伸缩式液位检测仪表：检测原理
¡ 铁磁材料的磁致伸缩，是由于自发磁化时
H H
导致物质的晶格结构改变，使原子间距发 生变化而产生的现象。 ¡ 外磁场方向与磁质磁化方向相同时，在磁 质磁化方向上磁质会伸长（或缩短）； ¡ 外磁场方向与磁质磁化方向垂直时，在磁 质磁化方向上磁质反而要缩短（或伸长）。
第七章 物位检测技术
¡ 重点内容 ™ 基本概念 ™ 静压式液位检测仪表 ™ 浮力式液位检测仪表 ™ 电容式物位检测仪表 ™ 超声式物位检测仪表 ™ 磁致伸缩物位检测仪表
第七章 物位检测技术
¡ 基本概念
™ 物位 ™ 分类 ™ 检测原理
¡ 静压式液位检测仪表
™ 差压法检测原理 ™ 量程迁移
¡ 浮力式液位检测仪表
™检测原理
¡ 基于浮力原理，适用于液
位的检测。 ¡ 浮力式物位检测有两种方 法：恒浮力式，变浮力式。
第七章 物位检测技术
¡ 浮力式液位检测仪表
™ 检测原理
¡ 变浮力式
截面积相同圆空心金属浮筒悬挂 在弹簧上，当液位变化使浮筒一 部分被液位浸泡时，受液位浮力 作用，浮筒向上移动，重新平衡。
第七章 物位检测技术
第七章 物位检测技术
¡ 基本概念
™ 根据具体用途分为液位、料位、界位传
感器。 ™ 检测原理
¡ 基于力学原理 ¡ 基于相对变化原理 ¡ 基于某强度性物理量随物位的升高而增加原
理
第七章 物位检测技术
¡ 静压式液位检测仪表
™ 检测原理
¡ 容器中某点的静压力和容器内物位的高度有关
p = ρgH
第七章 物位检测技术
™微波物位检测仪表：检测原理
¡ 微波波长 1 mm～1 m 的电磁波，具有电磁波的性
质，不同于普通无线电波和光波。 ¡ 定向辐射的装置容易制造。 ¡ 遇到各种障碍物易于反射，绕射能力较差。 ¡ 传输特性良好，传输过程中受烟、火焰、灰尘、强 光等影响较小。 ¡ 介质对微波的吸收与介电常数成比例，水对微波的 吸收作用最强。
第七章 物位检测技术
¡ 其他物位检测仪表
™磁致伸缩式液位检测仪表：检测原理 ¡ 磁致伸缩效应定义为铁磁材料或亚铁磁材料在居里 点温度以下，其磁状态的变化而使物质在形状和尺 寸上变化的现象。 ¡ 在铁磁质中存在许多体积很小 的区域，每个小区域内部都自 发地磁化到饱和状态，自发磁化 地区域称为磁畴。
铁磁质的磁畴
™ 等效电路 ™ 边缘效应 ™ 静电引力 ™ 寄生电容 ™ 温度影响 ¡ 温度对结构尺寸的影响 ¡ 温度对电解质介质的影响 ™介电常数变化 ™ 电极挂料影响
第七章 物位检测技术
¡ 超声波物位检测仪表
™ 检测原理
¡ 超声波一般频率高于 20 kHz； ¡ 超声波的发射和接收通常有超声波换能器实现
的，最广泛的超声波换能器是电—声换能器， 压电晶体换能器就是常用的换能器之一； ¡ 超声波物位检测的基本原理：根据声波在介质 中传播速度，衰减以及在界面的反射等特性进 行。
固定距离标志法
L
第七章 物位检测技术
¡ 超声波物位检测仪表
™ 超声波物位计的特点 ¡ 能定点及连续测量物位，并提供遥控信号； ¡ 无机械可动部分，安装维修方便； ¡ 换能器压电体振动振幅很小，寿命长； ¡ 能实现非接触测量，适用于有毒、高粘度及密封容 器内的液位测量； ¡ 能实现安全火花型防爆。 ¡ 若液体中有气泡或液面发生波动，便会有较大的误 差。
第七章 物位检测技术
¡ 静压式液位检测仪表
™量程迁移 ¡ 调整变送器的迁移弹簧实现量程迁移。液位由零变 化到最高液位时，差压由零变化到最大，变送器输 出从下限变化到上限。 ¡ 零点迁移弹簧的作用，改变测量范围的上下限值， 实现测量范围平移，不改变量程的大小。 ¡ 差压变送器中，都注有是否带正、负迁移装置。型 号后面加“A” 为正迁移，加“B” 为负迁移，根据现 场要求正确使用。 ™隔离罐 ¡ 隔离被测液位介质腐蚀差压变送器。