液位的测量

四、超声波液位传感器的选型原则
超声波变送器的测量能力取决于探头与被测量 介质间的空气状况和反射面的反射能力。一般而言 设备选型时应遵循以下原则： 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 择本安型产品。
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1. 电缆式浮球结构尺寸
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2、技术参数
测量精度 ±5mm（绝对误差） 测量范围 0～6000mm 工作压力 1.6,2.5,4.0,6.4,10.0,16.OMPa 工作温度 ≤120℃ 介质密度 ≥0.45g/cm3(介质压力≤6.4MPa), ≥0.70g/cm3(介质压力≥10.OMPa) 介质粘度 ≤1S（10-4m2/s）
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[知识链接]
液位计的分类
按照测量方法可分为接触式和非接触式；按工作原理可 分为直读法、浮力法、静压法、电容法、核辐射法、超声波
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[任务实施 ]
在本课题野外水位自动检测中，被测 介质清晰干净、不混浊，环境温度变化不 大，可以采用浮子式液位计进行测量。电 缆式浮球液位开关是水利部门常用水位测 量仪器， 它基于浮子式液位测量原理。它 的结构是注塑一体成型，结构坚固，价格 低，寿命长。安装简单，安全可靠，无毒 环保，免维护。
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[任务实施]
城市污水中的大量 杂物，在进水泵房前都 设有粗隔栅除污机，在 沉沙池上都要设有细隔 栅除污机，污物的堵塞 会使隔栅前后的水位差 增加。可以选用由双探 头超声波液位计来测量 水位差。
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首先设定一个比较值。若液位传感器的输 出值大于设定值，输出继电器接通，启动除污 机，同时，仪表还可输出液位信号、液位差信 号进行远传显示。 通过超声波液位计在污水处理厂实际工作 中的应用，它比其他流量计性能更稳定，为城 市污水处理厂的自动化运行和控制提供连续稳 定的测量数据，保证了格栅、提升泵、污泥泵 了良好的运行，确保了处理后的出水稳定达标。 实践证明超声波流量计在污水处理中有很好的 应用前景。
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二、 电容式液位传感器测量电路
电容式液位传感器由 于受本身结构尺寸及测量对 象的介电系数等限制，电容 量通常不大，液位变化引起 的电容变化值更小，往往只 有几个皮法到几百皮法。因 此要准确而无干扰地测量这 些电容及其变化值，必须正 确设计测量线路。
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三、电容式液位传感器的特点
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[相关知识]
一、液位传感器
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浮力式液位检测的基本原理是通过测 量漂浮于被测液面上的浮子(也称浮标)随 液面变化而产生的位移来检测液位；或利 用沉浸在被测液体中的浮筒(也称沉筒)所 受的浮力与液面位置的关系来检测液位。 前者一般称为恒浮力式检测（或浮子式） 后者一般称为变浮力式检测。
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二、超声波液位传感器结构
超声波探头也称为换能器，完成电— 声、声—电的能量转换。 换能器的结构对电-声、声-电转换效 率，传感器的作用距离及声束的方向性有 较大影响 。
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图所示为声发射换能器和声接收换能器结构 原理图。在图所示发射换能器的压电晶片1上粘一 半球面音膜2，用螺钉和压环将音膜和晶片固定在 外壳3上。音膜起改善辐射阻抗匹配，提高辐射功 率的作用。接收换能器的压电晶片背面用弹簧5 压 紧。
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三、变浮力式浮子液位计
变浮力式液位测量是利用浮 筒实现液位检测的。浮筒浸没在 液体中，液面高度不同所受的浮 力不同，以此来检测液位的变化。 将空心金属浮筒挂在弹簧上， 弹簧的另一端固定。弹簧因浮筒 的浮力被 压缩。当液面变化时， 浮筒的浮力改变，浮筒的浮力、 重力和弹簧的弹力达到平衡时， 浮筒停止移动。
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3、测量安装说明
浮球动作长度“ a ”必须小于槽壁与电缆之间 距离“ A ”否则容易造成动作不正确。浮球控制之 最低水位“ d ”必须大于泵的最低水位“Ｄ” , 以 保护马达。
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4、电缆式浮球液位开关的优点 1.有双室和一个运动保护层使浮球绝对 密封; 2.通过调整重块位置来调整开关点; 3.非毒性材料及非水银微动开关，可用 于饮用水行业; 4.外壳采用工程塑料，机械强度高; 5.结构简单，使用方便，性价比高。
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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。
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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。
1、传感器类型
（1）缆式 适用于各种导电水溶液的液位测量。如开口 容器、小口容器、深井、狭缝等场合。 （2 ）杆式 适用于粘度不大、不易结垢的酸、碱、盐的 水溶液等导电介质的液位测量。如开口或有压容器。探杆外覆 聚四氟乙烯材料，耐强腐和耐高温。 （3 ）筒式 适用于粘度不大的非导电介质的液位测量。 如开口或有压容器。探杆内外电极采用不锈钢管。 （4 ）绝缘筒式 适用于测量各种对不锈钢无腐蚀作用 的导电、非导电、半导电介质的液位。内电极为不锈钢外覆聚 四氟乙烯材料制成，外电极为不锈钢制成。 （5 ）双杆式 适用于强腐蚀性介质，要求介质的电导率 ≥ 10-3s/m 。 （6 ）裸杆式 适用于非导电介质，如粉、料、粒。
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1.压电晶片； 2.音膜 ； 4. wk.baidu.com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。 2018/11/12
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二、恒浮力式浮子液位计
将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。浮子所受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。液面稳定后， 浮子所受浮力不变。
1.浮标；2.磁铁； 3.铁芯；4.导轮； 5.非导磁管； 6.浮球；7.连杆； 8.转动轴；9.称锤 1 0.杠杆
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知识点 ¤ 了解超声波式液位计的工作原理 ¤ 了解超声波式液位计的性能特点及 其适用场合 ◆ 技能点 ¤ 掌握超声波式液位计的使用、测量 方法
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[相关知识]
一、超声波液位传感器工作原理及特点
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超声波液位传感器是利用超声波在气体、 液体和固体介质中传播的回声测距原理检测 液位。 h=vt/2 超声波物位传感器根据测量介质不同分 为气介式、液介式和固介式三类。根据工作 原理分为单探头形式即探头(换能器)既发射 又接收超声波；双探头形式发射和接收超声 波各由一个探头承担。
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浮子液位计原理简单、误差来源少,为水利 部门常用水位测量仪器, 适用于集水面积 较大的 水库水位观测。 浮子液位计的工作原理是什么？其结构、特 点如何？这就是我们本课题的任务目标。
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知识点 ¤ 学习液位传感器的基本工作原理 ¤ 掌握液位传感器的基本测量方法 ◆ 技能点 ¤ 掌握液位传感器的一般测量方法
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课题二 电容式液位传感器
[任务导入]
汽车油箱的油量多少关系 可持续行车的里程，是驾驶员 需要知道的重要参数。我们可 以从汽车的仪表盘的油量指示 表读出油箱油量，那么油量是 如何测量的呢？
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大多数车辆选择电容式液位计进行 测量。而电容式液位计工作原理是什么？ 其结构、特点如何？指示表是如何准确、 及时的反映油箱油量的变化呢？这就是 我们本课题的任务目标。
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除此之外，还可以将浮筒所受到力通过 扭力管达到力矩平衡，把浮筒的位移变成扭 力管的角位移，进一步用其他转换元件转换 为电信号，构成一个完整的液压计。 浮筒式液压计应用广泛，结构简单，性 能可靠不仅能检测液位，而且还能检测液体 分界面。应用于水利、污水处理、 制水行业、 循环水工艺、 其它工艺过程。
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知识点 ¤ 学习电容式液位计的工作原理 ¤ 了解电容式液位计的性能特点及其 适用场合 ◆ 技能点 ¤ 掌握电容式液位计的使用、测量方 法
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[相关知识]
一、电容式液位传感器工作原理
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电容式液位计是利用被测 介质面的变化引起电容变化 的一种变介质型电容传感器 。检测非导电介质的电容液 位计，当被测液面高度变化 时，两同轴电极间的介电常 数将随之发生变化，从而引 起电容量的变化。
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G F浮 C(X0 X) F浮 CX
HSg CX
式中x0 ——弹簧由于浮筒重力 被压缩时弹簧长度 C—— 弹簧的刚度 ρ—— 浸没浮筒的液体 密度
CΔ X H Sρ g
由上式可知，当液位变化时，液位高度H 与浮筒位移变化量△x成正比关系。因此变浮 力物位检测方法实质上就是将液位转换成敏感 元件浮筒的位移变化。
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模块六 液位的测量
课题一 课题二 液位传感器 电容式液位传感器
课题三
超声波液位传感器
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课题一
[任务导入]
位移传感器
在野外水位自动测量中， 尤其是汛期雨水量 大时，水库工作人员随时要监测水位信息，以便 控制水位在警戒线以下，此时水库水位准确，可 靠的测量是十分重要的。选择合适的液位计事关 水库水位测量的准确度。


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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
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2、外型结构
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五、电容式液位传感器安装方法
安装方式除双杆式之外，均可选择螺纹、法兰 或支架三种安装方式。
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[任务实施]
油箱油量检测系统如图 所示。它由电容式液位传感 器、电阻一电容电桥、放大 器、两相电机、减速器及显 示装置等组成。电容式液位 传感器作为电桥的一个臂， Co为标准电容器，R1和R2 为标准电阻，RP为调整电 桥平衡的电位器，它的转轴 与显示装置同轴连接并经减 速器由电机带动。
模块六 液位的测量
储积的液体与上面的空气或其他气体的分界面统 称为液位，用来测量液位的仪表称为液位计。液位测 量是利用液位传感器将非电量的液位参数转换为便于 测量的电量信号，通过电信号的计算和处理，可以确 定液位的高低。 液位检测在现代工业生产过程中具有重要地位。 一方面通过液位检测可确定容器里的原料、半成品或 成品的数量；另一方面是通过检测，连续监视或调节 容器内流入和流出液体的平衡。 物位检测方法有直读法、浮力法、静压法、电容 法、核辐射法、超声波法以及激光法、微波法等。