自动检测技术全套配套课件3版宋文绪ppt 第四章.ppt

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1、第4章物位及厚度检测物位是液位、料位和相界面的统称。用来对物位进行测量的传感器称为物位传感器，由此制成的仪表称为物位计。液位是指开口容器或密封容器中液体介质液面的高低，用来测量液位的仪表称为液位计；料位是指固体粉状或颗粒物在容器中堆积的高度，用来测量料位的仪表称为料位计；相界面是指两种液体介质的分界面，用来测量分界面的仪表称为界面计。物位检测方法：直读法、浮力法、静压法、电容法、核辐射法、超生波法以及激光法、微波法等。机械量测量中，用到测厚仪超声波测厚仪、核辐射式测厚仪、红外线测厚仪、激光测厚仪、微波测厚仪等。4.1电涡流厚度检测电涡流

2、式传感器是基于电涡流效应原理制成的传感器。4.1.1涡流效应金属导体置于变化着的磁场中，导体内就会产生感应电流，这种电流像水中旋涡那样在导体内转圈，所以称之为电涡流或涡流。这种现象就称为涡流效应。形成涡流必须具备下列两个条件：1.存在交变磁场；2.导电体处于交变磁场中。4.1电涡流厚度检测涡流的大小与金属导体的电阻率ρ，导磁率μ，厚度h以及线圈与金属体的距离x，线圈的激磁电流角频率ω等参数有关。固定其中若干参数，就能按涡流大小测量出另外一些参数，从而做成位移、振幅、厚度等传感器。涡流传感器在金属导体上产生的涡流，其渗透深度是与传感器线圈

3、激磁电流的频率有关，所以涡流传感器主要可分为高频反射式和低频透射式两类。4.1电涡流厚度检测4.1.2高频反射式涡流传感器1、工作原理由物理学原理可知，线圈阻抗发生的变化不仅与电涡流效应有关，而且与静磁学效应有关。即与金属导体的电阻率ρ、磁导率μ、励磁频率f以及传感器与被测导体间的距离x有关，可用如下函数表示Z=F（ρ、μ、x、f）4.1电涡流厚度检测2、结构形式CZF1型涡流传感器的结构图，它是采用把导线绕制在框架上形成的，框架采用聚四氟乙烯。1-线圈2-框架3-框架衬套4—支架5—电缆6—插头4.1电涡流厚度检测3、测量电路(1)电

4、桥电路:A、B为传感器线圈，它们与C1、C2，电阻R1、R2组成电桥的四个臂。电桥电路的电源由振荡器供给，振荡频率根据涡流式传感器的需要选择，当传感器线圈的阻抗变化时，电桥失去平衡。电桥的不平衡输出经线性放大和检波，就可以得到与被测量（距离）成比例的电压输出。4.1电涡流厚度检测(2)谐振幅值电路并联谐振回路的谐振频率为谐振时回路的等效阻抗最大，为4.1电涡流厚度检测4、高频反射式涡流传感器测量厚度应用举例涡流传感器可无接触地测量金属板厚度和非金属板的镀层厚度如图所示。(a)单端式（b）双端式h=D－（d1+d2）4.1电涡流厚度检测4

5、.1.3低频透射式涡流传感器1、低频透射式涡流传感器测厚原理低频透射式涡流传感器工作原理如图所示。图中的发射线圈L1和接收线圈L2是两个绕于胶木棒上的线圈，分别位于被测材料M的上、下方。由振荡器产生的音频电压u加到L1的两端后，线圈中即流过一个同频率的交流电流，并在其周围产生一交变磁场。4.1电涡流厚度检测(1)两线圈之间不存在被测材料M如果两线圈之间不存在被测材料M，L1的磁场就能直接贯穿L2，于是L2的两端会感生出一交变电势E。E的大小与u的幅值、频率以及L1和L2圈数、结构和两者间的相对位置有关。如果这些参数都确定不变，那么E就是

6、一个恒定值。(2)两线圈之间存在被测材料ML1产生的磁力线必然切割M（M可以看作是一匝短路线圈），并在其中产生涡流i。这个涡流损耗了部分磁场能量，使到达L2的磁力线减少，从而引起E的下降。M的厚度h越大，涡流损耗也越大，E就越小。由此可知，E的大小间接反映了M的厚度h，这就是低频透射式涡流传感器测厚原理。4.1电涡流厚度检测2、注意的问题(1)M中的涡流i的大小不仅取决于h，且与金属板M的电阻率ρ有关，于是引起相应的测试误差，并限制了测厚范围。(2)为使交变电势E与厚度h得到较好的线性关系，应选用较低的测试频率f，通常选1kHz。此时灵

7、敏度较低。(3)频率f一定，当被测材料的电阻率ρ不同时，引起了E=f(ｔ)曲线形状的变化。4.2电容式物位计电容式物位传感器是利用被测物的介电常数与空气（或真空）不同的特点进行检测的，电容式物位计由电容式物位传感器和检测电容的测量线路组成。它用于各种导电、非导电液体的液位或粉状料位的测量，也可以实现液位或料位的自动记录、控制和调节。4.2.1电容式物位计原理其结构形式如图所示，当中间所充介质的介电常数为ε1时，则两圆筒间的电容量为4.2电容式物位计如果两圆筒形电极间的一部分被介电常数为ε2的液体(非导电性的)所浸没时，则必然会有电容量的

8、增量ΔC产生。C=C1+ΔC当ε2、ε1、R、r不变时，电容量ΔC与电极浸没的长度l成正比关系，因此测出电容增量的数值便可知道液位的高度。4.2电容式物位计如果被测介质为导电性液体时，电极要用绝缘物（如聚四