物位检测工作
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3.6 物位的检测
物位不仅是物料消耗量或产量计量 等进行经济核算的参数，也是判断生产 过程的工作状况、保证连续生产和设备 安全、提高产品质量的重要过程参数， 在现代大工业生产过程对物位的监测占 有重要地位，对物位测量仪表的精确测 量、稳定可靠、多功能、智能化的要求 也越来越高。
物位检测工作
3.6.1 物位的概念及检测方法
(一) 物位的基本概念
物位是液位、料位、及相界面位置的总称。 液位是液体表面位置的高度__液位计； 料位是块状、颗粒状和粉料等固体物料堆
积高度的表面位置__料位计； 界面位置一般指固体与液体或两种不相溶、
密度不同的液体之间存在的分界面，也称 界位__界位计。
物位检测工作
(二) 物位的检测方法
物位检测工作
4）电学式检测法
电学法按工作原理不同又可分为电阻 式、电感式和电容式。工作原理是把 物位的变化，变换成相应电阻、电感、 电容量的变化，然后测量此量的变化 从而得到物位变化的。用于液体或固 体物料的液位、料位或相界面位置， 可供连续测量和定点监控之用。
物位检测工作
5）回波测距（TOF）检测法 利用能量波从发射探头发射到被测物
物位检测工作
超声波物位传感器原理图
超声波探头采用双晶直探头,探头中两个晶 片分别用于发射和接受超声波。
物位检测工作
(一)气介式超声物位计原理
设L为超声波换能器与被测液体容器底部 距离，C为声速，t为超声波换能器发射 超声波到接收到反射波的时间间隔，则可 确定所测液位高度H为
HLhL1c.t 2
按工作原理分类，物位检测方法 有直读式、静压式、浮力式、电容式、 回波测距（TOF）式、核辐射式、 光学式等。
物位检测工作
1）直读式检测法 根据连通管原理，从玻璃管或玻璃板
上的刻度读出物位的高度。直读式检 测法主要用于液位检测，直读式液位 计结构简单、直观，但只能就地读数， 不能远传。
物位检测工作
物位检测工作
A、B两种液体相界面位置高度为
HLhL(t2t1)v2 2
H t1v1 2
t1
2H v1
t2
2h v2
2H v1
物位检测工作
3.6.2 微波物位检测
利用微波来检测物位是近年来发展最 快的一种物位测量技术。因为它是雷 达无线电检测与测距技术衍化而来， 故俗称雷达物位计。
雷达波是一种特殊形式的电磁波，传 播速度相当于光速，其频率为 300MHz-3000GHz。
物位检测工作
(一) 微波物位测量基本原理
雷达头发射微波探测信号，当遇到被测物 料时，在物料表面产生反射，反射的微波 被雷达头接收，并将其传输给电子线路， 微处理器对此信号进行处理，识别出微波 在物料表面所产生的回波，正确的回波信 号识别由智能软件完成。
微波物位计按使用微波的波形分类，可分 为调频连续波（FMCW）、脉冲波 （PULSE）两类。
2）静压式检测法 利用容器中液体或固体物料堆积的高
度与它在某测试点所产生的压力成正 比原理，因而可用测压的方法来测量 物位。
物位检测工作
3）浮力式检测法 利用浮子高度随液位变化而改变或液
体对浸沉于液体中的浮子(或称沉筒) 的浮力随液位高度而变化的原理工作。 它又可分为浮子带钢丝绳或钢带的、 浮球带杠杆的和沉筒式的几种，适用 于液位检测。
物位检测工作
(二)液介式超声波液位计原理
超声波探头安装于容器底部，所测液 位高度H为 H 1 c .t 2
物位检测工作
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
(三)液—液超声波相界面传感器原理
超声波探头安装于容器底部，A、B两种 液体相界面在H处.
超声波在A、B两种液体的传播速度为v1、 v2，设超声波在液体A中传播并被相界面 反射回来的往返时间为t1、超声波在液体 A,B中传播并被液面反射回来的往返时间 为t2，
物位检测工作
和超声波（机械波）相比，微波的传播不 依赖介质 ;波速不受环境影响，故测量精 度较超声物位计高，它可以解决许多超声 波技术难以胜任的工况。
微波物位计应用优势：高温、高压、腐蚀、 带搅拌等复杂工况；化工、石油化工等行 业沥青、酸碱罐、反应釜等；高炉炉料料 位，高温融熔金属液位；大型储罐液位精 密测量，如原油、成品油罐、液化气、化 工液体等液位测量；粉状、颗粒状料位， 如电厂灰库、水泥厂成品库料位等。
发射频率与回波频率频差为:
f f2f14FCf0L
被测距离L为:
L Cf 4F f0
f f 1 ——回波频率； 0 ——固态源初始频率； f 2 ——本振频率；F——调制波频率
f ——固态源在调制信号1/2周期内的频偏范围； 0
物位检测工作
物位检测工作
微波物位计应用
微波物位计在高炉上物位监测应用
物位检测工作
超声波物位测量的测量范围可从毫米数量 级到几十米以上，可进行非接触测量，不 受介质粘度的影响，并与介质的介电常数、 电导率、热导率等无关；
适合强腐蚀、高压、有毒、高粘度液体的 测量；不适宜被测液体中有气泡和悬浮物， 而且液面不能有很大的波动；测量精度受 声速的影响（声速受温度影响）。
物位检测工作
(1)脉冲微波物位计原理
由雷达天线发射脉 冲信号,测量出发射 和接收雷达波的时 间间隔，即可计算 出物料表面与雷达 天线之间的距离。
LEDE1CT 2
物位检测工作
(2)调频连续波式物位计原理
由雷达头发射连续变化的频率信号，利 用回波与信号发射的频率差正比于自雷 达头到液面的距离原理.
物位检测工作
3.6.2 超声波物位检测
超声波物位计是基于回波测距原理设 计的，根据传声介质的不同可以分为： 液介式、气介式、固介式三种，一般 最常用的是前两种。
利用超声来测量物位技术发展已很成 熟，液体、浆体、固态物料都能应用
物位检测工作
利用超声波发射探头发出超声脉冲， 发射波在料位或液位表面反射形成回 波，由接收探头将信号接收下来，测 出超声脉冲从发射到接受所需时间， 根据已知介质中的波速就能计算出探 头到物位或液位表面的距离，从而确 定物位的高度。
料面上，再从这一表面反射回到接收 探头的波的来回传播时间来测出物位 的。相应的物位计有超声物位计、微 波物位计（俗称雷达物位计）及激光 物位计。
物位检测工作
6）核辐射检测法
利用物质对核辐射的吸收，使射线强 度减弱的原理来测量物位，核辐射透 过物料时，其强度随物质层的厚度而 变化。目前应用较多的是γ射线,适用 于高压、高温和有毒的密封容器的液 位或料位测量，且不受周围电磁场、 烟气和灰尘等影响。
物位不仅是物料消耗量或产量计量 等进行经济核算的参数，也是判断生产 过程的工作状况、保证连续生产和设备 安全、提高产品质量的重要过程参数， 在现代大工业生产过程对物位的监测占 有重要地位，对物位测量仪表的精确测 量、稳定可靠、多功能、智能化的要求 也越来越高。
物位检测工作
3.6.1 物位的概念及检测方法
(一) 物位的基本概念
物位是液位、料位、及相界面位置的总称。 液位是液体表面位置的高度__液位计； 料位是块状、颗粒状和粉料等固体物料堆
积高度的表面位置__料位计； 界面位置一般指固体与液体或两种不相溶、
密度不同的液体之间存在的分界面，也称 界位__界位计。
物位检测工作
(二) 物位的检测方法
物位检测工作
4）电学式检测法
电学法按工作原理不同又可分为电阻 式、电感式和电容式。工作原理是把 物位的变化，变换成相应电阻、电感、 电容量的变化，然后测量此量的变化 从而得到物位变化的。用于液体或固 体物料的液位、料位或相界面位置， 可供连续测量和定点监控之用。
物位检测工作
5）回波测距（TOF）检测法 利用能量波从发射探头发射到被测物
物位检测工作
超声波物位传感器原理图
超声波探头采用双晶直探头,探头中两个晶 片分别用于发射和接受超声波。
物位检测工作
(一)气介式超声物位计原理
设L为超声波换能器与被测液体容器底部 距离，C为声速，t为超声波换能器发射 超声波到接收到反射波的时间间隔，则可 确定所测液位高度H为
HLhL1c.t 2
按工作原理分类，物位检测方法 有直读式、静压式、浮力式、电容式、 回波测距（TOF）式、核辐射式、 光学式等。
物位检测工作
1）直读式检测法 根据连通管原理，从玻璃管或玻璃板
上的刻度读出物位的高度。直读式检 测法主要用于液位检测，直读式液位 计结构简单、直观，但只能就地读数， 不能远传。
物位检测工作
物位检测工作
A、B两种液体相界面位置高度为
HLhL(t2t1)v2 2
H t1v1 2
t1
2H v1
t2
2h v2
2H v1
物位检测工作
3.6.2 微波物位检测
利用微波来检测物位是近年来发展最 快的一种物位测量技术。因为它是雷 达无线电检测与测距技术衍化而来， 故俗称雷达物位计。
雷达波是一种特殊形式的电磁波，传 播速度相当于光速，其频率为 300MHz-3000GHz。
物位检测工作
(一) 微波物位测量基本原理
雷达头发射微波探测信号，当遇到被测物 料时，在物料表面产生反射，反射的微波 被雷达头接收，并将其传输给电子线路， 微处理器对此信号进行处理，识别出微波 在物料表面所产生的回波，正确的回波信 号识别由智能软件完成。
微波物位计按使用微波的波形分类，可分 为调频连续波（FMCW）、脉冲波 （PULSE）两类。
2）静压式检测法 利用容器中液体或固体物料堆积的高
度与它在某测试点所产生的压力成正 比原理，因而可用测压的方法来测量 物位。
物位检测工作
3）浮力式检测法 利用浮子高度随液位变化而改变或液
体对浸沉于液体中的浮子(或称沉筒) 的浮力随液位高度而变化的原理工作。 它又可分为浮子带钢丝绳或钢带的、 浮球带杠杆的和沉筒式的几种，适用 于液位检测。
物位检测工作
(二)液介式超声波液位计原理
超声波探头安装于容器底部，所测液 位高度H为 H 1 c .t 2
物位检测工作
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
(三)液—液超声波相界面传感器原理
超声波探头安装于容器底部，A、B两种 液体相界面在H处.
超声波在A、B两种液体的传播速度为v1、 v2，设超声波在液体A中传播并被相界面 反射回来的往返时间为t1、超声波在液体 A,B中传播并被液面反射回来的往返时间 为t2，
物位检测工作
和超声波（机械波）相比，微波的传播不 依赖介质 ;波速不受环境影响，故测量精 度较超声物位计高，它可以解决许多超声 波技术难以胜任的工况。
微波物位计应用优势：高温、高压、腐蚀、 带搅拌等复杂工况；化工、石油化工等行 业沥青、酸碱罐、反应釜等；高炉炉料料 位，高温融熔金属液位；大型储罐液位精 密测量，如原油、成品油罐、液化气、化 工液体等液位测量；粉状、颗粒状料位， 如电厂灰库、水泥厂成品库料位等。
发射频率与回波频率频差为:
f f2f14FCf0L
被测距离L为:
L Cf 4F f0
f f 1 ——回波频率； 0 ——固态源初始频率； f 2 ——本振频率；F——调制波频率
f ——固态源在调制信号1/2周期内的频偏范围； 0
物位检测工作
物位检测工作
微波物位计应用
微波物位计在高炉上物位监测应用
物位检测工作
超声波物位测量的测量范围可从毫米数量 级到几十米以上，可进行非接触测量，不 受介质粘度的影响，并与介质的介电常数、 电导率、热导率等无关；
适合强腐蚀、高压、有毒、高粘度液体的 测量；不适宜被测液体中有气泡和悬浮物， 而且液面不能有很大的波动；测量精度受 声速的影响（声速受温度影响）。
物位检测工作
(1)脉冲微波物位计原理
由雷达天线发射脉 冲信号,测量出发射 和接收雷达波的时 间间隔，即可计算 出物料表面与雷达 天线之间的距离。
LEDE1CT 2
物位检测工作
(2)调频连续波式物位计原理
由雷达头发射连续变化的频率信号，利 用回波与信号发射的频率差正比于自雷 达头到液面的距离原理.
物位检测工作
3.6.2 超声波物位检测
超声波物位计是基于回波测距原理设 计的，根据传声介质的不同可以分为： 液介式、气介式、固介式三种，一般 最常用的是前两种。
利用超声来测量物位技术发展已很成 熟，液体、浆体、固态物料都能应用
物位检测工作
利用超声波发射探头发出超声脉冲， 发射波在料位或液位表面反射形成回 波，由接收探头将信号接收下来，测 出超声脉冲从发射到接受所需时间， 根据已知介质中的波速就能计算出探 头到物位或液位表面的距离，从而确 定物位的高度。
料面上，再从这一表面反射回到接收 探头的波的来回传播时间来测出物位 的。相应的物位计有超声物位计、微 波物位计（俗称雷达物位计）及激光 物位计。
物位检测工作
6）核辐射检测法
利用物质对核辐射的吸收，使射线强 度减弱的原理来测量物位，核辐射透 过物料时，其强度随物质层的厚度而 变化。目前应用较多的是γ射线,适用 于高压、高温和有毒的密封容器的液 位或料位测量，且不受周围电磁场、 烟气和灰尘等影响。