非常好的物料传感器资料.docx

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1、非常好的物料传感器资料物位传感器及其应用 物位传感器可分两类：一类是连续测量物位变化的连续式物位传感器；另一类是以点测为目的的开关式物位传感器即物位开关。目前，开关式物位传感器比连续式物位传感器应用得广。它主要用于过程自动控制的门限、溢流和空转防止等。连续式物位传感器主要用于连续控制和仓库管理等方面，有时也可用于多点报警系统中。下面介绍几种实用化的物位传感器及应用。 l、电容式物位传感器电容式物位传感器有两个导体电极，由于电极间是气体、流体或固体而导致静电容的变化，因此可以敏感物位。它的敏感元件有三种形式，即棒状、线状和板状，其工作温度、压力主要受绝缘材料的限制。电容式物位传感器可以采用微机控

2、制，实现自动调整灵敏度，并且具有自诊断的功能，同时能够检测敏感元件的破损、绝缘性的降低、电缆和电路的故障等，并可以自动报警，实现高可靠性的信息传递。由于电容式物位传感器无机械可动部分，且敏感元件简单，形状和结构的自由以大，操作方便，因此，它是应用最广的一种物位传感器。 2、浮于自动平衡式物位传感器这种传感器通过检测平衡浮子浮力的变化来进行液位的测量。它可以配备微机，使之具有自检、自诊断和远传的功能，利用它可以高精度地测量大跨度的液位。 3、压力式物位传感器一般采用半导体膜盒结构，利用金属片承受液体压力通过封入的硅油导压传递给半导体应变片进行液位的测量。由于固态压力传感器性能的提高和微处理技术的

3、发展，压力式物位传感器的应用愈来愈广。近年来已经研制出了体积小、温度范围宽、可靠性好、精度高的压力式物位传感器，同时，其应用范围也不断地拓宽。 4、超声波物位传感器它是一种非接触式的物位传感器，应用领域十分广泛。其工作原理是，工作时向液面或粉体表面发射一束超声波，被其反射后，传感器再接收此反射波。设声速一定，根据声波往返的时间就可以计算出传吸器到液面的距离，即测量出液面位置。其敏感元件有二种，一种是由线圈、磁铁和膜构成的，另一种是由压电式磁致伸缩材料构成的。前者产生的是10KHz的超声波，后者产生的是2040Khz的超声波。超声波的频率愈低，随着距离的衰减愈小，但是反射效率也小。因此，应根据测

4、量范围、物位表面状况和周围环境条件来决定所使用的超声波传感器。高性能的超声波物位传感器由微机控制。以紧凑的硬件进行特性调整和功能检测。它可以准确地区别信号波和噪声，因此，可以在搅拌器工作的任况下测量物位。此外，在高温或吹风时也可检测物位，特别是可以检测高粘度液体和粉状体的物位5、激光式物位传感器它是一种性能优良的非接触式高精度物位传感器。其工作原理与超声波物位传感器相同，只是把超声波换成光波。激光束很细，作为物位传感器时，即使物位表面极其粗糙，其反射波束也不过加宽到20mm，但这仍是激光式物位传感器可以接收的范围内、激光式物位传感器一般采用近红外光。它是把光流发射出的激光利用半透射反射镜处理。

5、一部分作为基准参考信号输入时间变送器，另一部分通过半透射反射镜的激光经过光学系统处理成为一定宽度的平行光束照射在物体面上。反射波到达传感器接收部再转换成电信号。因为从照射到接受的时间很短，所以利用取样电路扩大成毫微秒数量级，便于信号处理，进行时间的测量。利用微机进行数据处理，变为数字显示物位值的模拟输出信号，再利用软件检测信号的可靠件，如果测定系统出现故障则报警。这种传感器可应用于钢铁工业连续铸造装置的砂型铁水液位高度测量。同时，它还可以应用于狭窄开口容器以及高温、高精度的液面检测。 此外，近年来随着高科技的发展，出现了数字式智能化的物位传感器，它是一种先进的数字式物位测量系统。将其测量部件技

6、术与微处理器的计算功能结合为一体，使得物位测量仪表至控制仪表成为全数字化系统。数字式智能化物位传感器的综合性能指标、实际测量准确度比传统的模拟式物位传感器提高了35倍。总之，随着传感器技术的发展物位传感器的形式将会多种多样，其形式应以非接触式为研制重点。其发展方向是通过广泛应用微机等高新电子技术来获得全面性能的进一步提高，同时还要向着小型化、智能化、多功能化的方向发展。 能感受物位(液位，料位)并转换成可用输出信号的传感器。 物位传感器可分两类：一类是连续测量物位变化的连续式物位传感器；另一类是以点测为目的的开关式物位传感器即物位开关。目前，开关式物位传感器比连续式物位传感器应用得广。它主要用

7、于过程自动控制的门限、溢流和空转防止等。连续式物位传感器主要用于连续控制和仓库管理等方面，有时也可用于多点报警系统中。下面介绍几种实用化的物位传感器及应用。 目录 物位传感器的分类 物位传感器及其应用 物位传感器的分类 物位传感器及其应用 展开 编辑本段物位传感器的分类 l、电容式物位传感器 电容式物位传感器有两个导体电极，由于电极间是气体、流体或固体而导致静电容的变化，因此可以敏感物位。它的敏感元件有三种形式，即棒状、线状和板状，其工作温度、压力主要受绝缘材料的限制。电容式物位传感器可以采用微机控制，实现自动调整灵敏度，并且具有自诊断的功能，同时能够检测敏感元件的破损、绝缘性的降低、电缆和电

8、路的故障等，并可以自动报警，实现高可靠性的信息传递。由于电容式物位传感器无机械可动部分，且敏感元件简单，形状和结构的自由 以大，操作方便，因此，它是应用最广的一种物位传感器。 2、浮于自动平衡式物位传感器 这种传感器通过检测平衡浮子浮力的变化来进行液位的测量。它可以配备微机，使之具有自检、自诊断和远传的功能，利用它可以高精度地测量大跨度的液位。 3、压力式物位传感器 一般采用半导体膜盒结构，利用金属片承受液体压力通过封入的硅油导压传递给半导体应变片进行液位的测量。由于固态压力传感器性能的提高和微处理技术的发展，压力式物位传感器的应用愈来愈广。近年来已经研制出了体积小、温度范围宽、可靠性好、精度

9、高的压力式物位传感器，同时，其应用范围也不断地拓宽。 4、超声波物位传感器 它是一种非接触式的物位传感器，应用领域十分广泛。其工作原理是，工作时向液面或粉体表面发射一束超声波，被其反射后，传感器再接收此反射波。设声速一定，根据声波往返的时间就可以计算出传吸器到液面的距离，即测量出液面位置。其敏感元件有二种，一种是由线圈、磁铁和膜构成的，另一种是由压电式磁致伸缩材料构成的。前者产生的是10KHz的超声波，后者产生的是2040Khz的超声波。超声波的频率愈低，随着距离的衰减愈小，但是反射效率也小。因此，应根据测量范围、物位表面状况和周围环境条件来决定所使用的超声波传感器。高性能的超声波物位传感器由

10、微机控制。以紧凑的硬件进行特性调整和功能检测。它可以准确地区别信号波和噪声，因此，可以在搅拌器工作的任况下测量物位。此外，在高温或吹风时也可检测物位，特别是可以检测高粘度液体和粉状体的物位 5、激光式物位传感器 它是一种性能优良的非接触式高精度物位传感器。其工作原理与超声波物位传感器相同，只是把超声波换成光波。激光束很细，作为物位传感器时，即使物位表面极其粗糙，其反射波束也不过加宽到20mm，但这仍是激光式物位传感器可以接收的范围内、激光式物位传感器一般采用近红外光。它是把光流发射出的激光利用半透射反射镜处理。一部分作为基准参考信号输入时间变送器，另一部分通过半透射反射镜的激光经过光学系统处理

11、成为一定宽度的平行光束照射在物体面上。反射波到达传感器接收部再转换成电信号。因为从照射到接受的时间很短，所以利用取样电路扩大成毫微秒数量级，便于信号处理，进行时间的测量。利用微机进行数据处理，变为数字显示物位值的模拟输出信号，再利用软件检测信号的可靠件，如果测定系统出现故障则报警。这种传感器可应用于钢铁工业连续铸造装置的砂型铁水液位高度测量。同时，它还可以应用于狭窄开口容器以及高温、高精度的液面检测。 此外，近年来随着高科技的发展，出现了数字式智能化的物位传感器，它是一种先进的数字式物位测量系统。将其测量部件技术与微处理器的计算功能结合为一体，使得物位测量仪表至控制仪表成为全数字化系统。数字式

12、智能化物位传感器的综合性能指标、实际测量准确度比传统的模拟式物位传感器提高了35倍。总之，随着传感器技术的发展物位传感器的形式将会多种多样，其形式应以非接触式为研制重点。其发展方向是通过广泛应用微机等高新电子技术来获得全面性能的进一步提高，同时还要向着小型化、智能化、多功能化的方向发展。 编辑本段物位传感器及其应用 物位传感器可分两类：一类是连续测量物位变化的连续式物位传感器；另一类是以点测为目的的开关式物位传感器即物位开关。目前，开关式物位传感器比连续式物位传感器应用得广。它主要用于过程自动控制的门限、溢流和空转防止等。连续式物位传感器主要用于连续控制和仓库管理等方面，有时也可用于多点报警系

13、统中。下面介绍几种实用化的物位传感器及应用。 l、电容式物位传感器 电容式物位传感器有两个导体电极，由于电极间是气体、流体或固体而导致静电容的变化，因此可以敏感物位。它的敏感元件有三种形式，即棒状、线状和板状，其工作温度、压力主要受绝缘材料的限制。电容式物位传感器可以采用微机控制，实现自动调整灵敏度，并且具有自诊断的功能，同时能够检测敏感元件的破损、绝缘性的降低、电缆和电路的故障等，并可以自动报警，实现高可靠性的信息传递。由于电容式物位传感器无机械可动部分，且敏感元件简单，形状和结构的自由 以大，操作方便，因此，它是应用最广的一种物位传感器。 2、浮于自动平衡式物位传感器 这种传感器通过检测平

14、衡浮子浮力的变化来进行液位的测量。它可以配备微机，使之具有自检、自诊断和远传的功能，利用它可以高精度地测量大跨度的液位。 3、压力式物位传感器 一般采用半导体膜盒结构，利用金属片承受液体压力通过封入的硅油导压传递给半导体应变片进行液位的测量。由于固态压力传感器性能的提高和微处理技术的发展，压力式物位传感器的应用愈来愈广。近年来已经研制出了体积小、温度范围宽、可靠性好、精度高的压力式物位传感器，同时，其应用范围也不断地拓宽。 4、超声波物位传感器 它是一种非接触式的物位传感器，应用领域十分广泛。其工作原理是，工作时向液面或粉体表面发射一束超声波，被其反射后，传感器再接收此反射波。设声速一定，根据

15、声波往返的时间就可以计算出传吸器到液面的距离，即测量出液面位置。其敏感元件有二种，一种是由线圈、磁铁和膜构成的，另一种是由压电式磁致伸缩材料构成的。前者产生的是10KHz的超声波，后者产生的是2040Khz的超声波。超声波的频率愈低，随着距离的衰减愈小，但是反射效率也小。因此，应根据测量范围、物位表面状况和周围环境条件来决定所使用的超声波传感器。高性能的超声波物位传感器由微机控制。以紧凑的硬件进行特性调整和功能检测。它可以准确地区别信号波和噪声，因此，可以在搅拌器工作的任况下测量物位。此外，在高温或吹风时也可检测物位，特别是可以检测高粘度液体和粉状体的物位 5、激光式物位传感器 它是一种性能优

16、良的非接触式高精度物位传感器。其工作原理与超声波物位传感器相同，只是把超声波换成光波。激光束很细，作为物位传感器时，即使物位表面极其粗糙，其反射波束也不过加宽到20mm，但这仍是激光式物位传感器可以接收的范围内、激光式物位传感器一般采用近红外光。它是把光流发射出的激光利用半透射反射镜处理。一部分作为基准参考信号输入时间变送器，另一部分通过半透射反射镜的激光经过光学系统处理成为一定宽度的平行光束照射在物体面上。反射波到达传感器接收部再转换成电信号。因为从照射到接受的时间很短，所以利用取样电路扩大成毫微秒数量级，便于信号处理，进行时间的测量。利用微机进行数据处理，变为数字显示物位值的模拟输出信号，

17、再利用软件检测信号的可靠件，如果测定系统出现故障则报警。这种传感器可应用于钢铁工业连续铸造装置的砂型铁水液位高度测量。同时，它还可以应用于狭窄开口容器以及高温、高精度的液面检测。 此外，近年来随着高科技的发展，出现了数字式智能化的物位传感器，它是一种先进的数字式物位测量系统。将其测量部件技术与微处理器的计算功能结合为一体，使得物位测量仪表至控制仪表成为全数字化系统。数字式智能化物位传感器的综合性能指标、实际测量准确度比传统的模拟式物位传感器提高了35倍。总之，随着传感器技术的发展物位传感器的形式将会多种多样，其形式应以非接触式为研制重点。其发展方向是通过广泛应用微机等高新电子技术来获得全面性能

18、的进一步提高，同时还要向着小型化、智能化、多功能化的方向发展。 6、3D成像物位传感器 3D物位扫描传感器的诞生，彻底改变了传统的单点测量仪表的技术原理(如：雷达式、超声波式、重锤式、射频导纳式等原理)，并引领世界物位测量领域迈向视觉新维度的“3D时代”。真正达到了介质可视化，过程智能化的技术巅峰。介可视3D物位扫描仪以急速蔓延的趋势深入到全球各行业的物位测量领域，扮演其主要角色。该仪表是目前仅有的一种可精确计量固体物料和体积的创新产品，而且不受物料种类，物化性能，贮存物料间、开放仓或料仓的类型和尺寸的影响并适用于非常恶劣的高粉尘贮存环境的物位测量。 3D物位扫描传感器基于二维数组波束形成器发

19、射低频脉冲波，监视每个回波的时间/距离/方向。设备的数字信号处理器对接收来至物料表面的脉冲回波信号进行取样和分析，生成物料表面实际分布状况的三维立体图像,这个图像通过一种专有的计算方法对信息进行处理并生成3D图像，可以在远程电脑的屏幕上显示出来。设备可以据此精确检测出物料的真实物位。 实用型料位检测电容传感器的设计 摘要：介绍了一种用于料位检测的电容式传感器的结构设计方法。并针对所设计的传感器，给出了相应的检测电路及其原理，同时给出了通过该传感器对砂石样本得出的具体检测数据的试验结果。 关键词：料位检测；电容式传感器；C-V变换 0 引言 电容式传感器具有结构简单，分辨率高，低成本、体积小、抗

20、干扰能力强，动态响应快，以及可连续在线测量等优点，因而在电子测量技术中占有十分重要的地位。但是，电容式传感器的电容值十分微小，这样微小的电容必须借助于专用测量电路来检测，并将其转换为与其成正比的电压、电流或频率信号。为此，本文研究了电容传感器在物料测量中的应用，介绍了一种料位测量实验装置，并以砂石介质为样本，给出了一种适合于料位检测的最佳测量电路。 1 检测装置的基本原理 本设计的测量装置采用圆筒型电容传感器，其具体结构如图1所示。这种形状的电容式料位传感器常用于松散型颗粒状物料和粉料状物料的检测，如煤粉、沙子、粮食等料面连续测量与位式测量，也便于颗粒状物料的装入，而且，采用圆筒型传感器可减小

21、边缘效应对电容值的影响。另外，由于它的电极是非对称的，即内极板被外极板所包络，因而可以十分有效地抑制人体感应。该圆筒型电容传感器的计算公式如下： 式中：C0为未装入物料时传感器的初始电容；0为空气的介电常数；L为两电极的长度；R2为外电极的半径；R1为内电极的半径。 当装入物料位为H时，传感器的电容量Cx为： 式中，为被测物料的介电常数。 由上俩式可知，当被测物料位置由零增加到H时，传感器的电容变化量为： 显然，参数，R2，R1均为定值，因此，圆筒型电容传感器的电容变化量与料位H是一一对应的关系，即测取传感器的电容量就可确定被测料位。 实验时，可采用本传感器并以砂石料斗壁为电容传感器的一极，另

22、一极为金属棒，两电极之间由损耗很小的窄条介质连接。结构可选为R2=15cm，R1=3cm，L=100cm。极板与检测电路的连线应较短，且连线外应加屏蔽线，这样可减小外界寄生电压的干扰。通过容器内砂石量的变化引起电容量的变化，可以建立C-V之间的关系，以寻找最佳检测电路，进而建立砂石料位与电压的关系。 2 检测电路方案设计 充放电法是利用被测电容CX的充放电原理来对电容量的测量。这种方法对于测量微小电容很实用，WCHeerens教授从理论上论证了可消除分布电容对传感器的影响。本文基于电容充放电原理设计了两个检测电路，可通过实验加以比较，从而选出最佳测量电路。 21 方案一的设计分析 第一种测试电

23、路如图2所示。该电路利用双时基集成电路556来产生可调方波宽度随被测电容Cx变化的电压信号，其中A1：A为一方波振荡电路，引脚5输出的方波信号经C2、R2组成的微分电路后，可按周期T=069(R1+R2)C1形成连续尖脉冲连到A1：B的反向触发端。A1：B作单稳态工作，其在A1：A输出脉冲的下降沿触发后，输出变正，电容Cx开始充电，电压随之上升，当其电压值高于2Vcc3时，内部D触发器反转，输出变低，引脚9输出的方波宽度为T1=069R3Cx，且随被测电容Cx成线性变化，其输出再经电容C4、R4滤波平均后，其电压就可直接表示Cx的大小，从而输出与电容成确定比例变化的电压信号。 22 方案二的设

24、计分析 该方案的电路由555占空比可调的多谐振荡电路、二极管环形测量电路和运算放大电路组成。555占空比可调的多谐振荡电路可为二极管环形测量电路提供3MHz方波电压信号，测量则应用的是二极管环形测量电路对电容器的充放电原理。二极管环形测量电路输出的直流电流信号一般为05mA，为了满足调节与控制的需要，应对其进行电流电压变换，并加以放大，同时要保持良好的线性关系。其整体电路如图3所示。 3 两种方案的试验对比分析 将电容式传感器按设计要求与检测电路接好线，即可进行模拟测试。通过模拟改变被测电容Cx，可分别对两种设计电路测出它们的输出的电压V，表1所列为其测试数据。 根据上面试验数据进行描点作图所

25、得出的两种检测电路的特性曲线如图4所示。 从图4可以看出，方案二测试电路的输入、输出线性度比较好，灵敏度高，稳定性好，抗寄生电容干扰能力强，且容易实现，成本相对比较低廉。 表2所列是以砂石为样本时的输出电压值。 根据测量结果看，本文所设计的传感器及检测电路能适应料位检测数据采样的需要。其直流信号通过放大电路后，再送入AD转换器，便可由计算机系统处理输出。 4 结束语 本文给出了一种电容式料位传感器的设计原理，并通过试验得出了电容式料位传感器的最佳电容量测量电路。故可为后续的电路设计奠定基础。虽然此料位传感器在试验时以砂石为介质，但该传感器完全可以用于松散型颗粒状物料和粉料状物料的检测，如煤粉、沙子、粮食等料面的连续测量。 在实际工程当中，如果使用的容器比较规则，体积可以计算，则此传感器也可用于物料的称重。另外，虽然此电容式传感器及其检测电路能检测出物料的物位，但是，为了提高检测的准确度，使用时还要考虑温度、湿度、紧实度等因素的影响。