水位傳感器結(jié)構(gòu)及工作原理

1、1、水位傳感器組成及工作原理水位傳感器是一種測(cè)量液位的壓力傳感器.靜壓投入式液位變送器（液位計(jì)）是基于所測(cè)液體靜壓與該液體的高度成比例的原理， 采用國(guó)外先進(jìn)的隔離型擴(kuò)散硅 敏感元件或陶瓷電容壓力敏感傳感器， 將靜壓轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再經(jīng)過溫度補(bǔ)償和 線性修正，轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)（一般為 420mA/ 15VDC）0分為兩類：一類為接觸式，包括單法蘭靜壓/雙法蘭差壓液位變送器，浮球式液位變送器，磁性液位變送器，投入式液位變送器，電動(dòng)內(nèi)浮球液位變 送器，電動(dòng)浮筒液位變送器，電容式液位變送器，磁致伸縮液位變送器， 侍服液位變送器等。第二類為非接觸式，分為超聲波液位變送器，雷達(dá)液 位變送器等。靜壓投入式液位

2、變送器（液位計(jì)）適用于石油化工、冶金、電力、制 藥、供排水、環(huán)保等系統(tǒng)和行業(yè)的各種介質(zhì)的液位測(cè)量。精巧的結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn) 單的調(diào)校和靈活的安裝方式為用戶輕松地使用提供了方便。420mA 05v、010mA等標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出方式由用戶根據(jù)需要任選。利用流體靜力學(xué)原理測(cè)量液位，是壓力傳感器的一項(xiàng)重要應(yīng)用。采用 特種的中間帶有通氣導(dǎo)管的電纜及專門的密封技術(shù)，既保證了傳感器的水 密性，又使得參考?jí)毫η慌c環(huán)境壓力相通，從而保證了測(cè)量的高精度和高 穩(wěn)定性。是針對(duì)化工工業(yè)中強(qiáng)腐蝕性的酸性液體而特制，殼體采用聚四氟乙烯 材料制成，采用特種氟膠電纜及專門的密封技術(shù)進(jìn)行電氣連接，既保證了 傳感器的水密性、耐腐蝕性，又使得參考

3、壓力腔與環(huán)境壓力相通，從而保 證了測(cè)量的高精度和高穩(wěn)定性。工作原理:用靜壓測(cè)量原理：當(dāng)液位變送器投入到被測(cè)液體中某一深度時(shí)，傳感器迎液面受到的壓力公式為：P = p .g.H + Po 式中：P :變送器迎液面所受壓力P：被測(cè)液體密度 g :當(dāng)?shù)刂亓铀俣?Po :液面上大氣壓H :變送器投入液體的深度同時(shí)，通過導(dǎo)氣不銹鋼將液體的壓力引入到傳感器的正壓腔，再將液面上的大氣壓 Po與傳感器的負(fù)壓腔相連，以抵消傳感器背面的Po ,使傳感器測(cè)得壓力為：p .g.H ，顯然 ,通過測(cè)取壓力P，可以得 到液位深度。功能特點(diǎn)：穩(wěn)定性好，滿度、零位長(zhǎng)期穩(wěn)定性可達(dá)0. 1 %FS/年。在補(bǔ)償溫度070 C范圍

4、內(nèi)，溫度飄移低于 0. 1 %FS，在整個(gè)允許工作溫度范圍內(nèi) 低于 0. 3 %FS。具有反向保護(hù)、限流保護(hù)電路，在安裝時(shí)正負(fù)極接反不會(huì)損壞變送 器，異常時(shí)送器會(huì)自動(dòng)限流在35MA以內(nèi)。固態(tài)結(jié)構(gòu)，無可動(dòng)部件，高可靠性，使用壽命長(zhǎng)。 安裝方便、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)耐用。主要技術(shù)參數(shù)：工藝：擴(kuò)散硅 陶瓷電容 藍(lán)寶石 電容任選。分體式一體式可選， 量程: 0-0.5-200 米，輸出：4-20mA （2 線制）供電：7.5-36VDC 推薦 24VDCCBM-2100/CBM-2700投入式靜壓液位計(jì)可靠防腐并帶有陶瓷測(cè)量單 元的探頭，用于凈水、污水及鹽水的物位測(cè)量。投入分體式液位傳感器適用于：水庫(kù)大壩、

5、城市地下水監(jiān)測(cè)、供水系統(tǒng)、水文水利、石油化 工、工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)等液位測(cè)量與控制投入分體式液位變送器。選用美國(guó)進(jìn)口的高精度、隔離式敏感組件，性能可靠。表壓或絕壓測(cè)量。量程寬：1mH2O- 200mH20O輸出：420mA或05V。電源電壓：24VDC（1236VDC）, mV輸出型為恒流 1.5mADC或恒壓 12VDC供電。精度高，優(yōu)于 0.2%F.S0100%&水防潮，防護(hù)等級(jí)IP68。完備的電路功能，調(diào)校方便2、作用及用途投入式水位傳感器適用于石油化工、水利、電力、制藥、供排水、環(huán)保等系統(tǒng)和行業(yè)的各種介質(zhì)的水位測(cè)量。精巧的結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)單的調(diào)校和靈活的安裝方式為用戶輕松地使用提供了方便。3、工

6、作原理采用水壓壓力與該水的高度成比例的原理，當(dāng)水位傳感器投入到被測(cè)液體中某一深度時(shí)，傳感器迎液面受到的壓力公式為：P = p .g.H + Po式中：P :變送器迎液面所受壓力P：被測(cè)液體密度g :當(dāng)?shù)刂亓铀俣萈o :液面上大氣壓H :變送器投入液體的深度同時(shí)，通過導(dǎo)氣不銹鋼將液體的壓力引入到傳感器的正壓腔，再將液面上的大氣壓Po與傳感器的負(fù)壓腔相連，以抵消傳感器背面的Po ，使傳感器測(cè)得壓力為：P .g.H ，顯然 ，通過測(cè)取壓力 P ，可以得到液位高度。4、功能特點(diǎn)穩(wěn)定性好， 滿度、零位長(zhǎng)期穩(wěn)定性可達(dá)0. 1 %FS/年。在補(bǔ)償溫度 070 C范圍內(nèi)，溫度飄移低于0. 1 %FS，在整個(gè)

7、允許工作溫度范圍內(nèi)低于0. 3 %FS。具有反向保護(hù)、限流保護(hù)電路，在安裝時(shí)正負(fù)極接反不會(huì)損壞變送器，異常 時(shí)送器會(huì)自動(dòng)限流在35MA以內(nèi)。固態(tài)結(jié)構(gòu)，無可動(dòng)部件，高可靠性，使用壽命長(zhǎng)。直接投入、安裝方便、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)耐用。5、技術(shù)指標(biāo)本技術(shù)指標(biāo)參考HDP601S結(jié)構(gòu)配置：采用擴(kuò)散硅壓阻芯體,316全不銹鋼封焊，帶三位半數(shù)字顯示，可直接顯示現(xiàn)場(chǎng)水位測(cè)量范圍：100mmH2O 100mH2O 500mmH2（500mH2O （水位高 / 深度）綜合精度：0.2%FS、0.5%FS、1.0%FS輸出信號(hào)（通訊輸出）：420mA（二線制）、05V、15V、010V（三線制）、RS485、 RS232

8、現(xiàn)場(chǎng)顯示：HDP601- 無；HDP601S-LED 三位半，0000 - 1999供電電壓：24DCV（936DCV）介質(zhì)溫度：085C環(huán)境溫度：常溫（-2085 C）負(fù)載電阻：電流輸出型：最大 800Q ;電壓輸出型：大于50KQ絕緣電阻：大于2000MD （100VDC密封等級(jí)：IP68長(zhǎng)期穩(wěn)定性能：0.1%FS/年振動(dòng)影響：在機(jī)械振動(dòng)頻率 20Hz1000Hz內(nèi)，輸出變化小于0.1%FS電氣接口（信號(hào)接口 ）：緊線防水螺母與五芯通氣電纜連接。測(cè)量方式：投入式，潛入式6、應(yīng)用范圍主要適用于水處理廠、工業(yè)水塔及儲(chǔ)水容器等的液位測(cè)量與控制重型探頭，采用齊平式膜片易于清洗，可使用于河流、地下水

9、位、水庫(kù)等特殊環(huán)境性能和優(yōu)點(diǎn)其機(jī)械結(jié)構(gòu)對(duì)過載及腐蝕性介質(zhì)具有高抵抗性高精度、長(zhǎng)期穩(wěn)定的陶瓷電容和進(jìn)口擴(kuò)散硅測(cè)量單元密封的電子模塊及雙濾波壓力補(bǔ)償系統(tǒng)可抵抗氣候現(xiàn)場(chǎng)變化的影響電子模塊可輸出420mA信號(hào)并同時(shí)帶有過壓保護(hù)的模塊選擇集成的溫度傳感器Pt100可同時(shí)進(jìn)行物位及溫度的測(cè)量7、目前的難題下面我們從多個(gè)方面探討一下這些問題：一、耐高溫問題：傳感器要長(zhǎng)期工作在熱水器水箱之中，因?yàn)檎婵展艿牡脽崃看?，傳給熱水器水箱很多熱量，使水箱溫度能長(zhǎng)時(shí)間達(dá)到10 0C左右，短時(shí)間能達(dá)到130C,甚至150C,這就對(duì)傳感器帶來了耐高溫問題，從太陽(yáng)能界用的第一個(gè)水溫水位傳感器一直到近期，傳感器的材料在耐高溫方面

10、一直存在缺陷，在長(zhǎng)期的空曬過程中、 在長(zhǎng)期的水煮過程中、在長(zhǎng)期的汽蒸過程中，不管是電子器件還是其他的傳感器材料都很容易老化、損壞。突破這一難題，必須使進(jìn)入水箱的傳感器部分能夠耐高溫，在科學(xué)快速發(fā)展的今天，我國(guó)已經(jīng)研制出了一種能夠絕緣的、耐高溫的抗高溫聚丙烯材料，它能夠在15 0C的環(huán)境中正常使用，短時(shí)間能耐170C高溫，導(dǎo)電的電極部分使用優(yōu)質(zhì)不銹鋼材料SUS316L,既能滿足耐高溫，又能滿足耐腐蝕的要求； 而不耐高溫的電路部分， 可以選取遠(yuǎn)離高溫水箱的結(jié)構(gòu)。這樣傳感器的耐高溫問題就解決了。二、密封問題：對(duì)太陽(yáng)熱水器水箱里的水溫水位探測(cè)，一般將感溫探頭和水位探頭都直接接觸水源，而一些感光的器件做

11、成探測(cè)水位的傳感器成本又過高，作為一個(gè)熱水器配件的成本占整個(gè)熱水器成本很大一部分也很不合理，同時(shí)也超過了人們的購(gòu)買能力，還有一些壓力傳感器又難逃水垢的影響，使壓力傳感器的壽命大打折扣， 所以電極式傳感器一直是太陽(yáng)熱水器傳感器的主流， 但是電極、信號(hào)線和感溫器件的密封問題一直困擾著眾多傳感器研究者們，又因?yàn)樾盘?hào)線的呼吸毛細(xì)現(xiàn)象，使得信號(hào)線被水汽腐蝕，電阻增大甚至腐蝕斷信號(hào)線， 直接導(dǎo)致控制部件失靈。突破這一難題，就必須選取一種結(jié)構(gòu)，使得信號(hào)線、電子器件等元件遠(yuǎn)離高溫的水箱， 而進(jìn)入水箱的部分僅僅是耐腐蝕、耐高溫的優(yōu)質(zhì)不銹鋼材料SUS316L和抗高溫聚丙烯材料，而不銹鋼材料部分和納米材料部分之間是

12、用硅膠圈進(jìn)行密封的，用硅膠密封圈進(jìn)行密封，密封容易且簡(jiǎn)單高效。 信號(hào)線和電路部分都在水箱外邊和不銹鋼材料部分連接，能保證電路部分感受到水箱里面的水溫和水位，電路部分將感受到的水溫水位準(zhǔn)確轉(zhuǎn)變成電信號(hào)。傳感器的密封問題得以解決。三、耐水垢問題：我國(guó)水質(zhì)不一，很多地區(qū)的水質(zhì)問題很嚴(yán)重， 水垢給傳感器帶來很多麻煩， 水垢附著在電極 和感溫塊上，造成傳感器感知水位水溫不準(zhǔn)確。突破這一難題，就必須從電路上找突破口， 在連續(xù)的模擬電路作用下，Ca2+、Mg2+等離子受到一個(gè)固定方向的電磁力作用，有利于傳感器金屬探頭上水垢的形成，且鋼鐵等金屬物質(zhì)本身都極易形成水垢，當(dāng)水的溫度升高時(shí)，他們之間的分子勢(shì)能會(huì)增大

13、， 就是說分子間距增大，當(dāng)分子間距大到一定程度的時(shí)候， Ca2+、Mg2+等離子就會(huì)附著在金屬的表面，時(shí)間長(zhǎng)了就會(huì)形成一層水垢膜，水垢膜的分子間隙較大，所以形成水垢膜后， 水垢生成速度加快， 最終導(dǎo)致傳感器電路部分感受不 到準(zhǔn)確的水溫和水位，電路部分再轉(zhuǎn)變成錯(cuò)誤的電信號(hào)輸出，即傳感器失靈，而電路部分采用小信號(hào)觸發(fā)原理的數(shù)字電路能大大克服這一缺點(diǎn)，小信號(hào)觸發(fā)原理能有效減小Ca2+、 Mg2+等離子受到的電磁力。而數(shù)字信號(hào)使水分子受到很小的電磁力不連續(xù)時(shí)有時(shí)無，能有效減少因電路導(dǎo)致水垢的形成；再解決金屬本身形成水垢， 可以使用一種導(dǎo)電的硅膠材料作為優(yōu)質(zhì)不銹鋼材料的保護(hù)體，硅膠材料不易形成水垢，這是硅膠等高分子材料的一大特點(diǎn)，因Ca2+、Mg2+等離子不容易滲透進(jìn)硅膠高分子連，所以水垢難以形成即不能附著在硅膠表面。 而不銹鋼探頭同樣能夠準(zhǔn)確的感受水位，能保證傳感器正常的工作，水 垢問題解決了。四：抗干擾問題：當(dāng)今社會(huì)信息縱橫， 高壓線、低壓線、信號(hào)塔等電磁干擾源更是多的令人難以想象，這對(duì)傳 感器的信號(hào)傳輸帶來很大的影響，以前大多使用電子模擬信號(hào)，雖然有濾波電路的保護(hù)，但還是不能達(dá)到理想的效果。突破這一難題，必須采用數(shù)字信號(hào)傳輸，