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常見料位開關和物位計的工作原理與應用
2019-09-25
【計為自動化 國家高新技術企業(yè)】為解決在物料儲藏和運輸過程中的物位測量的問題，各種物位測量儀表不斷涌現(xiàn)，性能也不斷提升。其中進行高、低位檢測的稱之為料位開關，有：音叉式、振動棒式、阻旋式、電容式、浮球式。進行連續(xù)料位測量的稱為物位計，有：射頻電容式、超聲波式、雷達式、稱重式、壓力式，這些儀表都有各自不同的應用范圍。本文就幾種常見料位開關和物位計的工作原理與應用進行介紹，希望對用戶有所幫助。
一、振棒料位開關
工作原理：振棒料位開關的振動棒是一個電子線路進行激勵并保持共振，當被測介質(zhì)到達并部分覆蓋住振棒開關的探頭時，振棒開關的振動阻尼突然增強，這種振動參數(shù)的改變將通過檢測回路觸發(fā)繼電器，從而為物位控制提供了上、下限開關信號。
振棒料位開關分單棒料位開關和雙棒振棒料位開關兩種，雙棒振棒料位開關比單棒料位開關的靈敏度更好，檢測更可靠。計為Tube-11振棒料位開關是國內(nèi)首款雙管設計的棒狀料位開關，其振動探頭采用獨特的內(nèi)外嵌套設置的雙管設計，產(chǎn)品采用壓電器件實現(xiàn)振動的驅(qū)動與檢測，使內(nèi)外管在完全一致的諧振頻率下產(chǎn)生共鳴。當振動棒與被測物料接觸時，接觸物料的外管諧振頻率發(fā)生變化，從而破壞內(nèi)外管的共鳴條件，產(chǎn)生信號變化進而輸出開關信號。
產(chǎn)品應用：計為Tube-11振棒料位開關通過內(nèi)外振動管的諧振頻率調(diào)節(jié)到完全一致，使得產(chǎn)品具有極高的檢測靈敏度和可靠性，最低測量密度可達0.02g/cm3。計為Tube-11振棒料位開關主要用于測量顆粒狀固體料位，能夠滿足絕大部分顆粒狀料位的現(xiàn)場測量要求。
二、音叉料位開關
工作原理：音叉料位開關的探頭基于音叉式設計，采用壓電器件實現(xiàn)叉體的振動驅(qū)動與檢測。不接觸物料時，音叉在諧振頻率下產(chǎn)生自由振動，當音叉與被測物料接觸時，音叉的振動振幅明顯減小，壓電檢測器件的輸出信號幅度隨之減小，信號變化由智能電路檢測分析并輸出一個開關信號。
產(chǎn)品應用：音叉料位開關是一種專用于測量粉末和細小顆粒的固體料位開關。計為Fork-11音叉料位開關可測最低物料密度達0.008g/cm3，特別適合超低密度的料位測量，具有廣泛的適應性和極高的可靠性。
三、音叉液位開關
工作原理：音叉液位開關采用壓電器件實現(xiàn)叉體的振動驅(qū)動與檢測。當叉體與被測液體接觸時，叉體的諧振頻率明顯降低，振動頻率的變化直接反應在壓電檢測器件的輸出信號上，檢測電路對頻率的變化進行判別并輸出一個開關信號。
產(chǎn)品應用：計為Ring-11音叉液位開關是一種高可靠性緊湊型的專用于液位測量的控制開關。音叉長度僅有40mm，不僅適用于容器、儲罐、槽罐中的液位測量，而且適用于導管的液位測量。同時，基于檢測叉體浸泡于介質(zhì)時振動頻率變化的設計原理，產(chǎn)品可測量介質(zhì)密度低至0.5g/cm3，不僅適用于鹽酸、硫酸、硝酸、堿液、工業(yè)廢水、糖漿、藥液等液位測量，而且特別適用于有泡沫、氣泡、粘稠液體以及振動干擾的復雜測量場合。
四、阻旋式料位開關
工作原理：利用傳動軸與離合器相連接，在未接觸物料時，馬達保持正常運轉(zhuǎn)，當葉片感到物料阻力時，馬達停止轉(zhuǎn)動，機構同時輸出一節(jié)點信號而測出料位高度。
產(chǎn)品應用：軸端密封的好壞對阻旋式料位開關壽命影響最大，一般進口產(chǎn)品可以在密度為0.5g/cm3環(huán)境下使用，即一般礦粉、水泥、粉煤灰均可使用。由于其測量阻力，對扭矩要求一般在0.5～1.0kg?cm可調(diào)，故對葉片上少量附著無影響。計為Spin-11A標準型阻旋料位開關采用進口電機、微動開關及軸承，材質(zhì)上選用304/316L不銹鋼或碳鋼，適用于大多數(shù)固體顆粒、粉末的測量。
五、超聲波物位計
工作原理：由換能量將功率脈沖轉(zhuǎn)換為超聲波，射向料面，經(jīng)料面反射后進入超聲波檢測裝置，再由換能量將超聲波轉(zhuǎn)換為電信號。二次儀表根據(jù)發(fā)射脈沖與接受脈沖之間的時間差和介質(zhì)中的傳播速度，計算出料位。
產(chǎn)品應用：由于其傳播速度受傳播介質(zhì)振動、噪音影響較大，并且其元件受溫度影響大，故不能在粉塵、高溫場合使用，往往用于明渠、水處理較多。計為Uson-21隔爆型超聲波液位計能夠用于腐蝕性或爆炸性場合的液位測量。
但電波傳輸速度c=108m/s非常大，在距離較小時，t非常短暫，很難直接準確測量，必須借助于其他技術手段，例如在脈沖式測距雷達中，借助于脈沖壓縮技術來提高分辨率。另外的方法是采用連續(xù)波調(diào)頻法，使發(fā)射電波的頻率連續(xù)快速地變化，利用瞬時發(fā)射頻率與回波頻率之差來換算距離，由于這種技術適合于短距離測量，所以多數(shù)雷達料位計均采用調(diào)頻連續(xù)波。
產(chǎn)品應用：雷達物位計特別適合于高粘度或高污染度的物料。例如瀝青、重油等，并且由于其測量重復精度高，無需定期維修或重新標定，測量精度也較高，一般能達到±1cm。一般瀝青庫均可以采用雷達物位計，避免了其他接觸式測量方法常常會出現(xiàn)的粘住、卡死、不可靠的問題。一次投資雖多，因為免維護，總的使用成本較低。計為系列雷達物位計有高頻、低頻脈沖和調(diào)頻連續(xù)波等多種型號，能夠在多種工況下使用。
七、電子稱重式料位計
工作原理：采用稱重傳感器直接稱出儲倉重量來判斷物料存量，因為料位和重量多少均是物料存量的指標。
產(chǎn)品應用：這一方法非常可靠、準確、重復性好，精度也可以很高，對物料特性不限，但缺點是安裝不太方便，受料倉結構限制，要求單獨的料倉。象瀝青站中熱料倉就不可以用，而水泥站骨料中儲倉、臥式瀝青罐可以使用。
八、壓力式液位計
工作原理：通過壓力法蘭感應器將受到的壓力通過毛細管傳到變送器，變送器有一個變電容的完全密封的傳感器腔，當毛細管將壓力傳遞至壓力腔，將引起壓力膜片位移，傳感膜片和兩電容極板之間的電容差由電子部件轉(zhuǎn)換為對應電信號輸出，由于液位壓力與液面高成正比例，故此電信號經(jīng)標定后即準確反映液位變化。
產(chǎn)品應用：只適用于液體，例如立式瀝青罐，油罐等。
一、振棒料位開關
工作原理：振棒料位開關的振動棒是一個電子線路進行激勵并保持共振，當被測介質(zhì)到達并部分覆蓋住振棒開關的探頭時，振棒開關的振動阻尼突然增強，這種振動參數(shù)的改變將通過檢測回路觸發(fā)繼電器，從而為物位控制提供了上、下限開關信號。
振棒料位開關分單棒料位開關和雙棒振棒料位開關兩種，雙棒振棒料位開關比單棒料位開關的靈敏度更好，檢測更可靠。計為Tube-11振棒料位開關是國內(nèi)首款雙管設計的棒狀料位開關，其振動探頭采用獨特的內(nèi)外嵌套設置的雙管設計，產(chǎn)品采用壓電器件實現(xiàn)振動的驅(qū)動與檢測，使內(nèi)外管在完全一致的諧振頻率下產(chǎn)生共鳴。當振動棒與被測物料接觸時，接觸物料的外管諧振頻率發(fā)生變化，從而破壞內(nèi)外管的共鳴條件，產(chǎn)生信號變化進而輸出開關信號。
產(chǎn)品應用：計為Tube-11振棒料位開關通過內(nèi)外振動管的諧振頻率調(diào)節(jié)到完全一致，使得產(chǎn)品具有極高的檢測靈敏度和可靠性，最低測量密度可達0.02g/cm3。計為Tube-11振棒料位開關主要用于測量顆粒狀固體料位，能夠滿足絕大部分顆粒狀料位的現(xiàn)場測量要求。
二、音叉料位開關
工作原理：音叉料位開關的探頭基于音叉式設計，采用壓電器件實現(xiàn)叉體的振動驅(qū)動與檢測。不接觸物料時，音叉在諧振頻率下產(chǎn)生自由振動，當音叉與被測物料接觸時，音叉的振動振幅明顯減小，壓電檢測器件的輸出信號幅度隨之減小，信號變化由智能電路檢測分析并輸出一個開關信號。
產(chǎn)品應用：音叉料位開關是一種專用于測量粉末和細小顆粒的固體料位開關。計為Fork-11音叉料位開關可測最低物料密度達0.008g/cm3，特別適合超低密度的料位測量，具有廣泛的適應性和極高的可靠性。
三、音叉液位開關
工作原理：音叉液位開關采用壓電器件實現(xiàn)叉體的振動驅(qū)動與檢測。當叉體與被測液體接觸時，叉體的諧振頻率明顯降低，振動頻率的變化直接反應在壓電檢測器件的輸出信號上，檢測電路對頻率的變化進行判別并輸出一個開關信號。
產(chǎn)品應用：計為Ring-11音叉液位開關是一種高可靠性緊湊型的專用于液位測量的控制開關。音叉長度僅有40mm，不僅適用于容器、儲罐、槽罐中的液位測量，而且適用于導管的液位測量。同時，基于檢測叉體浸泡于介質(zhì)時振動頻率變化的設計原理，產(chǎn)品可測量介質(zhì)密度低至0.5g/cm3，不僅適用于鹽酸、硫酸、硝酸、堿液、工業(yè)廢水、糖漿、藥液等液位測量，而且特別適用于有泡沫、氣泡、粘稠液體以及振動干擾的復雜測量場合。
四、阻旋式料位開關
工作原理：利用傳動軸與離合器相連接，在未接觸物料時，馬達保持正常運轉(zhuǎn)，當葉片感到物料阻力時，馬達停止轉(zhuǎn)動，機構同時輸出一節(jié)點信號而測出料位高度。
產(chǎn)品應用：軸端密封的好壞對阻旋式料位開關壽命影響最大，一般進口產(chǎn)品可以在密度為0.5g/cm3環(huán)境下使用，即一般礦粉、水泥、粉煤灰均可使用。由于其測量阻力，對扭矩要求一般在0.5～1.0kg?cm可調(diào)，故對葉片上少量附著無影響。計為Spin-11A標準型阻旋料位開關采用進口電機、微動開關及軸承，材質(zhì)上選用304/316L不銹鋼或碳鋼，適用于大多數(shù)固體顆粒、粉末的測量。
五、超聲波物位計
工作原理：由換能量將功率脈沖轉(zhuǎn)換為超聲波，射向料面，經(jīng)料面反射后進入超聲波檢測裝置，再由換能量將超聲波轉(zhuǎn)換為電信號。二次儀表根據(jù)發(fā)射脈沖與接受脈沖之間的時間差和介質(zhì)中的傳播速度，計算出料位。
產(chǎn)品應用：由于其傳播速度受傳播介質(zhì)振動、噪音影響較大，并且其元件受溫度影響大，故不能在粉塵、高溫場合使用，往往用于明渠、水處理較多。計為Uson-21隔爆型超聲波液位計能夠用于腐蝕性或爆炸性場合的液位測量。
六、雷達式物位計
工作原理：雷達物位計的原理與一般雷達一樣，是建立在電波在空氣以恒定速度c傳播這一基點上，反射出口到被測料面距離為H，則電波發(fā)出到達料面再反射回到接收端，所需時間t=2H/c，若能直接測量時間t，馬上可以算出距離H。但電波傳輸速度c=108m/s非常大，在距離較小時，t非常短暫，很難直接準確測量，必須借助于其他技術手段，例如在脈沖式測距雷達中，借助于脈沖壓縮技術來提高分辨率。另外的方法是采用連續(xù)波調(diào)頻法，使發(fā)射電波的頻率連續(xù)快速地變化，利用瞬時發(fā)射頻率與回波頻率之差來換算距離，由于這種技術適合于短距離測量，所以多數(shù)雷達料位計均采用調(diào)頻連續(xù)波。
產(chǎn)品應用：雷達物位計特別適合于高粘度或高污染度的物料。例如瀝青、重油等，并且由于其測量重復精度高，無需定期維修或重新標定，測量精度也較高，一般能達到±1cm。一般瀝青庫均可以采用雷達物位計，避免了其他接觸式測量方法常常會出現(xiàn)的粘住、卡死、不可靠的問題。一次投資雖多，因為免維護，總的使用成本較低。計為系列雷達物位計有高頻、低頻脈沖和調(diào)頻連續(xù)波等多種型號，能夠在多種工況下使用。
七、電子稱重式料位計
工作原理：采用稱重傳感器直接稱出儲倉重量來判斷物料存量，因為料位和重量多少均是物料存量的指標。
產(chǎn)品應用：這一方法非常可靠、準確、重復性好，精度也可以很高，對物料特性不限，但缺點是安裝不太方便，受料倉結構限制，要求單獨的料倉。象瀝青站中熱料倉就不可以用，而水泥站骨料中儲倉、臥式瀝青罐可以使用。
八、壓力式液位計
工作原理：通過壓力法蘭感應器將受到的壓力通過毛細管傳到變送器，變送器有一個變電容的完全密封的傳感器腔，當毛細管將壓力傳遞至壓力腔，將引起壓力膜片位移，傳感膜片和兩電容極板之間的電容差由電子部件轉(zhuǎn)換為對應電信號輸出，由于液位壓力與液面高成正比例，故此電信號經(jīng)標定后即準確反映液位變化。
產(chǎn)品應用：只適用于液體，例如立式瀝青罐，油罐等。
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