第5章物位检测传感器 《传感器技术知识与应用》课件.ppt

第5章 物位传感器及其应用案例;5.1 物位测量概述;5.2 液位测量传感器及其应用; 由图可知，由于浮子由绳索经滑轮与塔外的重锤相连，当液面发生变化时，重锤带着指针便可移动，其位置便可反映水位的高低。但与直观印象相反，标尺下端代表水位高，若使指针动作方向与水位变化方向一致，应增加滑轮数目，但引起摩擦阻力增加，误差也会增大。 若将标尺上的滑动电触点与报警电路适当相连，可实现超限报警。若将标尺上的滑动电触点与水塔水箱进水口的电磁阀门执行机构配合，可实现阀门的自动启停，进行液位的自动控制。; 若把浮子换成浮球，测量从容器内移到容器外，可直接显示罐内液位的变化。如图5-2所示是常见的一种外浮球式液位显示传感器。; 以上分析表明，变浮力式液位传感器实际上是将液位转化成浮筒的位移。当浮筒移动时，安装在浮筒连杆上的铁芯则随浮筒一起上下移动，通过位移测量电路（即差动变压器）把位移转变成与它成正比例关系的电压输出。只要把电压测量出来就得到了被测液位。 浮筒式液位传感器适应性能好，对粘度较高的介质、高压介质及温度较高的敞口或密闭容器的液位等都能测量。对液位电信号可远距离传输和显示，若与单元组合仪表配套，可实现液位的报警和自动控制。;5.2.2 静压式液位传感器;2.利用差压传感器测量液位原理;3.常用静压式液位变送器;5.2.3 应变式液位传感器; 此时双电桥的输出电压为;5.2.4 电容式液位传感器; 根据同心圆柱形电容器电容C的计算公式得;5.3 料位测量传感器及其应用; 根据同心圆柱形电容器电容C的计算公式可知，测定电极与罐壁组成的电容器电容量可由下式表示：; 在实际应用时，储存罐并不一定要求是圆柱形的，而电容式料位传感器也并非一定要安装在罐的中央，而是应该安装在罐内料位平稳、能正确反映料位高低的任意位置。此时，物料高度变化引起的电容变化量应修正为 式中：k——为比例系数，它与罐的形状、电容式料位传感器的安装位置有关， ——为被测物料的介电常数， ——为空气的介电常数， H——为被??物料的高度。;5.3.2 超声波料位传感器; 由于超声波属于机械波，因此它与声波一样，传播具有方向性，可以在气体、液体、固体中传播。其传播速度与介质密度和温度有关，在标准条件下，超声波在空气中的传播速度大约是344m/s，在水中的传播速度为1440m/s，在钢铁中的传播速度约为5000m/s。并且它在介质中传播时，随着传播距离的增加，能量逐渐衰减，其衰减的程度与声波的扩散、散射及吸收等因素有关。其声压和声强的衰减规律为; 实验证明，超声波衰减的程度与介质及超声波的频率有关。气体对超声波吸收最强而衰减最大，液体次之，固体衰减最小。因此，对于一定强度的超声波，在气体中传播的距离会明显比在液体和固体中传播的距离要短。其次是超声波的频率越高，衰减越大，从而传播距离越近。但传播的方向性越强。; 它的另一个特性是与光波一样，遇到障碍物存在反射与折射现象。如图5-11所示。; 基于上述特点，在空气中利用超声波测距时,通常所用的超声波标准频率为40kHz左右。虽然这种高频率的声波也有较好的指向性，但它的发散度仍然比较大。由于高频超声波在空气中的发散和吸收散射衰减严重，超声波测距一般都限制在短距离（几十米以内）。声纳是一种用在水中的超声波测距传感器。由于声纳在水中的吸收、散射和衰减小得多，且方向性更好、频率更高，测量范围可达数千米。;2.超声波传感器的结构及其性能指标; 超声波探头的结构如图5-12所示，它主要由压电晶片、吸收块（阻尼块）、保护膜、引线、外壳等组成。超声波探头的主要性能指标如下：;3.超声波传感器测量料位原理; 图5-13给出了两种常用超声波传感器测量料位的示意图。; 对于单探头来说，设超声波发射时刻为t0，从发射器到料面又从料面反射到接收器的时刻为t1，超声波从发射到接收经过的路程为2h，则; 对于双探头来说，设超声波从发射到接收经过的路程为2S，则;4.超声波传感器的优点;5.超声波传感器测量物位应注意的问题;6.常用超声波传感器的型号;5.4 物距测量传感器及其应用;5.4.2 超声波物距测量传感器结构 ; 在空气中测距，通常采取的有效补偿方法如图5-14所示，; 由上式可知，只要测出时间t0和t，就能获得物距S，而且还消除了因环境变化引起的误差。基于超声波测距的原理，还可以应用到其他地方，比如汽车的防撞、车速的检测、大门的自动开关、倒车