传感器与检测技术项目六 液位检测.ppt

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1、项目六 液位检测,学习目标,1了解测量液位的方法。2掌握电容式传感器三种类型的工作原理及特性。3能理解电容式传感器的几种测量电路。4掌握超声波的概念和传播特性等。5能理解超声波传感器的工作原理。6能理解电容式传感器和超声波传感器测量液位的原理和其他应用电路。,本章任务,任务一 汽车油箱的液位检测任务二 高压密闭容器的液位检测,电容式传感器是把被测非电量转换为电容量变化的一种传感器。它具有高阻抗，小功率；动态范围大，响应速度快；几乎没有零漂；结构简单、适应性强，可在恶劣的环境下使用等优点，但它具有分布电容影响严重的缺点。,任务一 汽车油箱的液位检测,电容式传感器的工作原理 平板式电容器的电容量：

2、,A为两极板相互覆盖的有效面积；d为两极板间的距离；为极板间介质的介电常数。,变间隙式（或变极距式）变面积式变介电常数式,任务一 汽车油箱的液位检测,各种电容式传感器的结构示意图变极距()型：(a)、(e)；变面积(S)型：(b)、(c)、(d)、(f)、(g)、（h）；变介电常数()型：（i）（l）,任务一 汽车油箱的液位检测,一、变间隙式电容传感器,d 取值不能大，否则将降低灵敏度,实际应用常采用差动式结构,任务一 汽车油箱的液位检测,差动式结构优点：1、减小非线性误差2、提高传感器灵敏度3、减小寄生电容的影响4、减小温度、湿度等环境因素的影响,任务一 汽车油箱的液位检测,指纹识别所需电容

3、传感器包含一个大约有数万个金属导体的阵列，其外面是一层绝缘的表面，当用户的手指放在上面时，金属导体阵列/绝缘物/皮肤就构成了相应的小电容器阵列。它们的电容值随着脊（近的）和沟（远的）与金属导体之间的距离不同而变化。,应用,任务一 汽车油箱的液位检测,直线位移型电容传感器 角位移型电容传感器,二、变面积式电容传感器,任务一 汽车油箱的液位检测,电容传感器的容量与投影面积的关系演示工作原理演示,任务一 汽车油箱的液位检测,变介电常数式电容传感器,三、变介电常数式电容传感器,任务一 汽车油箱的液位检测,应用：测量头构成电容器的一个极板，另一个极板是物体本身，当物体移向接近开关时，物体和接近开关的介电

4、常数发生变化，使得和测量头相连的电路状态也随之发生变化.接近开关的检测物体，并不限于金属导体，也可以是绝缘的液体或粉状物体,振荡电路,感应电极,被测物体,任务一 汽车油箱的液位检测,电容式传感器的测量电路,电桥电路运放电路双T电路调频（谐振）电路脉冲宽度调制电路,任务一 汽车油箱的液位检测,电容式液位传感器的外形图,电容式液位传感器的外形图，主要有棒式和缆式两种,任务一 汽车油箱的液位检测,电容式液位传感器探头类型及应用,任务一 汽车油箱的液位检测,实施 棒状电极（金属管）外面包裹聚四氟乙烯套管，当被测液体的液面上升时，引起棒状电极与导电液体之间的电容变化。,任务一 汽车油箱的液位检测,注意：

5、（a）屏蔽和接地（b）增加初始电容值，降低容抗。（c）导线间分布电容有静电感应，因此导线和导线要离得远，线要尽可能短，最好成直角排列，若采用平行排列时可采用同轴屏蔽线。（d）尽可能一点接地，避免多点接地。,任务一 汽车油箱的液位检测,生产中电容式液位传感器,任务一 汽车油箱的液位检测,超声波是一种机械波，它方向性好，穿透力强，遇到杂质或分界面会产生显著的反射。利用这些物理性质，可把一些非电量转换成声学参数，通过压电元件转换成电量。超声波传感器就是利用超声波的特性，将非电量转换为电量的测量元件。,任务二 高压密闭容器的液位检测,超声波的特性,声波：是一种机械波，由于发声体的机械振动，引起周围弹性

6、介质中质点的振动，并由近及远的传播。人耳能听到的声波频率：20HZ20kHZ范围内。频率超过20KHZ称为超声波，低于20HZ称为次声波。检测中常用的超声波频率范围为几十kHZ到几十MHZ。,任务二 高压密闭容器的液位检测,超声波的传播特性：1、传播速度：超声波的传播速度与波长及频率成正比。,为超声波的波长；f为超声波的频率,任务二 高压密闭容器的液位检测,2、通过两种不同的介质时，超声波产生反射和折射现象。但当它由气体传播到液体或固体中，或由固体、液体传播到气体中时，由于介质密度相差太大而几乎全部发生反射。3、通过同种介质时，超声波随着传播距离的增加，其强度因介质吸收能量而衰减。,超声波在气

7、体中衰减很快，当频率较高时衰减更快。因此，超声波仪器主要用于固体和液体中。,任务二 高压密闭容器的液位检测,超声检测是一种无损检测。广泛用于金属构件、混凝土制品、塑料制品、陶瓷制品的探伤及厚度检测，以及物位、液位、流量、流速检测和防盗报警等许多领域。,任务二 高压密闭容器的液位检测,ERW管材焊缝超声检测系统,任务二 高压密闭容器的液位检测,采用超声检测分析仪检测混凝土,任务二 高压密闭容器的液位检测,超声波距离传感器,任务二 高压密闭容器的液位检测,超声波传感器的特性 具有小角度，小盲区，测量准确，无接触，防水，防腐蚀，低成本等优点。可应于液位，物位检测，可保证在液面有泡沫或大的晃动，不易检

8、测到回波的情况下有稳定的输出。,超声探头的外形图,任务二 高压密闭容器的液位检测,超声波探测用耦合剂 超声探头与被测物体接触时，探头与被测物体表面间存在一层空气薄层，空气将引起三个界面间强烈的杂乱反射波，造成干扰，并造成很大的衰减。为此，必须将接触面之间的空气排挤掉，使超声波能顺利地入射到被测介质中。在工业中，经常使用一种称为耦合剂的液体物质，使之充满在接触层中，起到传递超声波的作用。常用的耦合剂有自来水、机油、甘油、水玻璃、胶水、化学浆糊等。,任务二 高压密闭容器的液位检测,静电超声传感器工作原理与电容式麦克风相似：只在一边镀有一层金属的薄介电薄膜形成传感器的活动元件，用来发射和/或接收超声

9、信号。中心开槽的固定底板主要用来集中声束以冲击薄膜。静电传感器更高的灵敏度可转换成比压电传感器更长距离的探测能力（或短距离应用时的更低增益接收电路），以及更为可靠的探测小型及吸声目标的能力。带适当驱动和接收电路的单个静电传感器，可覆盖短至1英寸、长至60英尺的探测距离，使其成为储罐液位测量应用的理想选择。,任务二 高压密闭容器的液位检测,实施工作原理 在液罐下方安装了超声波发射器和接收器。超声波传感器发射出的超声波在液面被反射，经过时间t后，探头接收到从液面反射回的回音脉冲，这样探头到液面的距离L由下式可得：,c为超声波在被测介质中的传播速度；t为从发出超声波到接收到超声波的时间。,超声波测液

10、位示意图,任务二 高压密闭容器的液位检测,超声波液位传感器安装示意图,任务二 高压密闭容器的液位检测,探头安装要求：（1）对于铁质容器，可以给探头工作端面涂上硅脂并用磁性吸盘将其直接贴在容器底部即可；若容器外壳是玻璃等其它材料，可以用胶将探头粘贴固定或用支架固定于容器底部。探头指向须与所测距离在同一直线上。（2）探头正上方无盘管等遮挡物；（3）远离罐底进液口，以避免进液剧烈流动对测量的影响；,任务二 高压密闭容器的液位检测,（4）远离罐顶进液口下方位置，以避免进液冲击使液面剧烈波动影响测量；（5）高于出液口或排污口，以避免罐底长期沉积污物对测量的影响.如不满足条件，则应有措施保证定期清除罐底污物；（6）液位测量头用磁性或焊/粘接固定方式安装时，容器壁上的安装表面尺寸应不小于80的圆面，表面粗糙度应达到1.6，倾斜度应小于3(旁通管除外)。,任务二 高压密闭容器的液位检测,任务二 高压密闭容器的液位检测,谢谢!,