壓力和液位傳感器測量實(shí)驗(yàn)

1、壓力和液位傳感器測量實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模? . 了解壓力傳感器和液位傳感器的工作原理和結(jié)構(gòu)2 .學(xué)習(xí)如何安裝和使用壓力傳感器、液位傳感器3 .學(xué)習(xí)如何測定和校正傳感器的量程曲線4 .學(xué)習(xí)傳感器、數(shù)字轉(zhuǎn)換儀表的連接和參數(shù)設(shè)置二、實(shí)驗(yàn)裝置及試劑壓力傳感器一臺，液位傳感器一臺，直流電源，數(shù)字顯示儀表， 高位梢，低位梢，電磁閥。三、實(shí)驗(yàn)原理壓力傳感器是工業(yè)實(shí)踐中最為常用的一種傳感器，具廣泛應(yīng)用 于各種工業(yè)過程的測量和自控包括石油、化工、航空、制藥、環(huán)境等 不同的行業(yè)和過程，按照不同的類型，還可以有用來測量液體或氣體 壓力的，測量物體重量的，測量流體壓差的和物體的位移量。也可以 分別叫做壓力傳感器、重量傳

2、感器、液位傳感器和差壓傳感器等名稱， 下本實(shí)驗(yàn)簡單介紹一些常用傳感器原理及其應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)裝置為一個(gè)透明的有機(jī)玻璃塔， 也可以作為一個(gè)液體罐。在 塔體的下部，安裝有壓力傳感器，通過改變液體的高度，或者氣體的 壓力，都可以造成系統(tǒng)壓力的變化，可以用來測量塔內(nèi)液體水產(chǎn)生的 壓力，并顯示在數(shù)字儀表上。該數(shù)據(jù)也可以直接連接到計(jì)算機(jī)上，實(shí) 現(xiàn)在線監(jiān)控和采集。在塔的上、下部位，安裝有液位傳感器，用來測量液體的位差。本實(shí)驗(yàn)中液體是水，不管液體上方的氣體壓力如何變化，液位傳感器只是 測量上下兩個(gè)測量口之間的壓力差圖1壓力/液位傳感器測量試驗(yàn)流程圖傳感器測量原理：壓力傳感器的種類繁多，有壓阻式壓力傳感器、電容式壓力

3、傳感 器、半導(dǎo)體應(yīng)變片壓力傳感器電、感式壓力傳感器、諧振式壓力傳感 器及電容式加速度傳感器等。但應(yīng)用最為廣泛的是壓阻式壓力傳感器，它具有極低的價(jià)格和較高的精度以及較好的線性特性。壓阻式壓力傳感器：通常是將電阻膜片通過特殊的粘和劑緊密的粘合在一個(gè)固定基體上，當(dāng)基體受力發(fā)生應(yīng)力變化時(shí)，膜片的電阻值也發(fā)生相應(yīng)的改變， 如果電路中有一個(gè)恒流源，從而使加在電阻上的電壓發(fā)生變化。 通過 用電橋放大后測量該電壓值，就可以知道施加到膜片上的壓力值。 電 阻膜片應(yīng)用最多的是金屬電阻膜片和半導(dǎo)體膜片兩種。 金屬電阻膜片 又分絲狀膜片和金屬箔狀片兩種。金屬電阻膜片是利用吸附在基體材料上金屬絲或金屬箔，受應(yīng)力變化時(shí)，

4、電阻發(fā)生變化的特性來測量的。應(yīng)變電阻隨機(jī)械形變而產(chǎn)生 阻值變化的現(xiàn)象，俗稱為電阻應(yīng)變效應(yīng)。bug M12/21V侑感矗桁人光r-ion m0 -IW m 棹Wiff傳幅蚣啃機(jī)10.0 Mh0 -100 10 斕。岫山 + - 20mA期講入塔塔。-5V1-5V二孰A琳工球典能林黑就出任號；。4 KknAI癡皤型Q 7V1 -5V三崎趟號工赫期圖2傳感器接線原理采用水的變化來引起壓力和壓差的變化，用壓力傳感器來測量氣體或液體的壓力，用差壓傳感器來測量液位的差別，也就是液體高度。實(shí)驗(yàn)采用水為實(shí)驗(yàn)物系，水可以連續(xù)的加入到一個(gè)透明的有機(jī)玻璃塔 中，該塔也可以代表一個(gè)液體罐。當(dāng)液位不同時(shí)，壓力傳感器測量

5、到 的壓力不同，同樣液位傳感器測量的數(shù)值也不同。通過不斷的改變液 體的高度，就可測出不同的壓力和液位值。四、實(shí)驗(yàn)步驟1 .檢查實(shí)驗(yàn)裝置的儀器和設(shè)備，是否完好 ？2 .將水管連接到水龍頭上，并連接到有機(jī)玻璃塔的進(jìn)口，檢查是否 漏水？水能否流入到塔內(nèi)？3 .檢查壓力傳感器、液位傳感器連線是否正確？并按照實(shí)驗(yàn)原理和 儀表說明書，將信號，電源線連接好。本實(shí)驗(yàn)中，壓力傳感器采用250Q的電阻，INP采用第33個(gè)，正極 接“17”，負(fù)極接“ 18” ；液位傳感器采用50Q的電阻，INP采用第 32個(gè)，正極接“ 19”，負(fù)極接“ 18”。4 .連接完成后，讓指導(dǎo)教師檢查。待老師確認(rèn)后，可以開始實(shí)驗(yàn)。5 .按

6、照儀表的操作說明，和傳感器的量程說明，設(shè)定好儀表的輸入上下限。壓力傳感器的范圍為0-1at ,液位傳感器的范圍為0-5m。6 .改變液體的高度，每次改變10厘米水柱，分別記錄壓力傳感器的 數(shù)值和液位傳感器的數(shù)值，記錄液體的溫度。7 .從玻璃塔下的放水閥往外放水，每次改變10厘米水柱，也分別記錄 壓力傳感器的數(shù)值和液位傳感器的數(shù)值，記錄液體的溫度。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算和處理往有機(jī)玻璃塔內(nèi)加水時(shí)記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1表1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)壓力顯示值 (at)液位顯示值(m)液體高度(m)液體溫度(C)液體密度 (Kg/m3)0.007-0.113024.6/0.011-0.0080.124.8997.070.02

7、10.0890.224.9997.0450.0310.1850.324.9997.0450.0410.2810.425.0997.020.0510.3770.524.9997.0450.0610.4760.624.9997.0450.0710.5740.724.7997.0950.0810.6710.825.6從塔內(nèi)放水時(shí)記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。表2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)壓力顯示值 (at)液位顯示值(m)液體高度(m)液體溫度(C)液體密度 (Kg/m3)0.0810.6690.824.9997.0450.0720.5700.724.9997.0450.0620.4740.624.9997.0450.052

8、0.3750.524.9997.0450.0420.2780.424.9997.0450.0320.1830.324.9997.0450.0220.0850.224.9997.0450.012-0.0120.124.9997.0450.007-0.096025.2/將在某一液位高度下記錄的兩組數(shù)據(jù)取平均值，結(jié)果見表 3:表3計(jì)算數(shù)據(jù)壓力顯示值 (at)液位顯示值(m)液體高度(m)液體溫度(C)液體密度 (Kg/m3)0.007-0.105025.2/0.012-0.010.124.9997.0450.0220.0870.224.9997.0450.0320.1840.324.9997.045

9、0.0420.2800.424.9997.0450.0520.3760.524.9997.0450.0620.4750.624.9997.0450.0720.5720.724.9997.0450.0810.6700.824.9997.0451 .壓力傳感器測量校正曲線：把壓力傳感器測量的數(shù)值和用水的高度換算的數(shù)值， 在直角坐標(biāo)上作 圖，X軸為壓力傳感器測量的實(shí)際數(shù)值，Y軸為用水的密度、溫度和 高度換算出的水壓力，這些點(diǎn)可以連接成一條直線，以后只要根據(jù)儀 表讀數(shù)，就可以知道真實(shí)的壓力了。根據(jù)P=p gh, g=9.8 N/Kg, p為液體在某一溫度下密度，h為實(shí)際液 位高度。第一行數(shù)據(jù)忽略，對第

10、二行數(shù)據(jù)：P=997.045 Kg/m3*9.8N/Kg*0.1*10 -5=0.010at.其余以此類推，得數(shù)據(jù)表格如下：表2壓力實(shí)際值計(jì)算數(shù)據(jù)壓力顯示值(at )0.0120.0220.0320.0420.0520.0620.0720.081壓力實(shí)際值 (at)0.0100.0200.0290.0390.0490.0590.0680.078圖3壓力實(shí)際值與壓力顯示值曲線2 .液位傳感器測量校正曲線：把液位傳感器測量的數(shù)值和用水的實(shí)際高度，在直角坐標(biāo)上作圖，X軸為液位傳感器測量的數(shù)值，Y軸為水的實(shí)際測量高度，這些點(diǎn)可以 連接成一條直線，以后只要根據(jù)儀表讀數(shù)，就可以知道實(shí)際的液位高 度。表3液

11、位實(shí)際值與顯示值數(shù)據(jù)液位顯示值(m)-0.010.0870.1840.2800.3760.4750.5720.670液位實(shí)際值(m)0.10.20.30.40.50.60.70.8圖4液位實(shí)際值與顯示值曲線六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論1通過實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行理論計(jì)算，將水壓的理論值和實(shí)際值進(jìn)行對比，做出校正曲線。校正曲線為一條直線，說明此壓力傳感器的穩(wěn)定性非 常好；但是壓力傳感器的實(shí)測數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)有偏差， 通過這種方式, 使壓力傳感器得到了很好的校正。2將液位的顯示值和實(shí)際值進(jìn)行對比，做出校正曲線。校正曲線為一條直線，線性度非常高，說明此液位傳感器的穩(wěn)定性非常好；由數(shù) 據(jù)可以看出，液位的顯示值和實(shí)際值的偏差

12、較小， 說明此液位傳感器 的精度較好。七、實(shí)驗(yàn)問題回答1 .壓力傳感器有哪幾種主要測量原理？答：壓力傳感器主要有壓阻式傳感器，主要原理是：將電阻膜片通過特殊的粘和劑緊密的粘合在一個(gè)固定基體上， 當(dāng)基體受力發(fā)生應(yīng) 力變化時(shí)，膜片的電阻值也發(fā)生相應(yīng)的改變，如果電路中有一個(gè)恒流 源，從而使加在電阻上的電壓發(fā)生變化。 通過用電橋放大后測量該電 壓值，就可以知道施加到膜片上的壓力值。電容式壓力傳感器：將膜片和基片構(gòu)成一個(gè)腔體，待測壓力使得 陶瓷膜片彎曲情形，如此就能改變組件的電容量，借著加入必須的電 子電路，盡可能將此變形與壓力之變化互成關(guān)系。 因此電容量的變化 即比例于壓力的變化。半導(dǎo)體壓力傳感器：此

13、種裝置也是應(yīng)用壓電效應(yīng)與電橋電阻形式獲得量測結(jié)果，在硅支撐物上利用擴(kuò)散的方法，用以產(chǎn)生膜片，包含 電橋電阻的單元以靜電處理固定在支撐玻璃上。 所以，它就與外界形 成機(jī)械性的隔離。當(dāng)硅質(zhì)膜片偏向時(shí)，電橋的輸出就隨著改變。2 .液位傳感器的安裝有什么要求？測量原理是什么？答：液位傳感器必需安裝在塔的上、下部位，并且上端不能低于 液面的最高實(shí)驗(yàn)值。當(dāng)液位不同時(shí)，壓力傳感器測量到的壓力不同， 同樣液位傳感器測量的數(shù)值也不同。 通過不斷的改變液體的高度，就 可以按照下式（1）、（2）計(jì)算出壓力和液位值：液體壓力二H（液體高度）+液體上方氣體壓力（液柱高度）（1）液位值=低點(diǎn)的（液體高度）+液體上方氣體壓

14、力（液柱高度）- 高點(diǎn)的（液體高度）+ 液體上方氣體壓力（液柱高度）（2）3 .怎樣使用壓力校正曲線？用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)舉例說明。答：壓力校正曲線是測量值與實(shí)際值的曲線，橫坐標(biāo)為測量值（顯 示值），縱坐標(biāo)為理論計(jì)算的實(shí)際值，根據(jù)測出的橫坐標(biāo)，在曲線上 找縱坐標(biāo)的對應(yīng)點(diǎn)，就可得實(shí)際壓力值。例如 0.040at對應(yīng)0.032at 4傳感器的接線方式有那些？有什么應(yīng)用區(qū)別？答：對于壓力傳感器，信號的輸出可以分成三線制和二線制兩種 方式。一般三線制信號輸出通常是電壓信號，而電流信號的輸出一般 為兩線制。當(dāng)壓力傳感器接受到不同的壓力時(shí)， 元件會發(fā)生電阻或電 壓的變化。當(dāng)在元件的兩端接上一個(gè)直流電壓時(shí)，也就是通常

15、的電源， 那么在回路中，就會產(chǎn)生對應(yīng)力的電流。如果把這個(gè)電流通過一個(gè)電 阻，那么電阻兩端就會產(chǎn)生一個(gè)固定的電壓。該電流或電壓值，隨壓 力的變化而變化，得到了準(zhǔn)確的電壓或電流值，就可以反算出元件承 受的壓力。在三線制方式，通常一根是電源的正極，用紅線表示，一根是電源的 負(fù)極，一般用藍(lán)色或綠色的線連接，第三根是信號線的正極，一般是 黃色線，信號線的負(fù)極和電源的負(fù)極，是同一根線。比如，一個(gè)三線 制的壓力傳感器，電源電壓為24V,壓力測量的范圍是0.00-0.10MPa, 信號輸出范圍是0-5V,則當(dāng)信號電壓為1V寸，壓力為0.02MPa在二線制方式，通常一根是電源的正極，用紅線表示，一根是電源的 負(fù)極，一般用藍(lán)色或綠色的線連接，當(dāng)壓力發(fā)生變化時(shí)，該回路中的 電流就發(fā)生相應(yīng)的變化，一般是在回路中接一個(gè)電阻，再把電阻兩端 的直流電壓引出來測量。當(dāng)然，也可以直接