項目六 液位檢測

1、 電容式傳感器是把被測非電量電容式傳感器是把被測非電量轉(zhuǎn)換為電容量變化的一種傳感器。轉(zhuǎn)換為電容量變化的一種傳感器。它具有高阻抗，小功率；動態(tài)范圍它具有高阻抗，小功率；動態(tài)范圍大，響應(yīng)速度快；幾乎沒有零漂；大，響應(yīng)速度快；幾乎沒有零漂；結(jié)構(gòu)簡單、適應(yīng)性強，可在惡劣的結(jié)構(gòu)簡單、適應(yīng)性強，可在惡劣的環(huán)境下使用等優(yōu)點，但它具有分布環(huán)境下使用等優(yōu)點，但它具有分布電容影響嚴重的缺點。電容影響嚴重的缺點。 任務(wù)一 汽車油箱的液位檢測電容式傳感器的工作原理電容式傳感器的工作原理 平板式電容器的電容量： dACA為兩極板相互覆蓋的有效面積；d為兩極板間的距離；為極板間介質(zhì)的介電常數(shù)。 變間隙式（或變極距式）變面

2、積式變介電常數(shù)式+dA 任務(wù)一 汽車油箱的液位檢測各種電容式傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖變極距()型：(a)、(e)；變面積(S)型：(b)、(c)、(d)、(f)、(g)、（h）；變介電常數(shù)()型：（i）（l） 任務(wù)一 汽車油箱的液位檢測一、變間隙式電容傳感器一、變間隙式電容傳感器dd 任務(wù)一 汽車油箱的液位檢測差動式結(jié)構(gòu)優(yōu)點：差動式結(jié)構(gòu)優(yōu)點：1 1、減小非線性誤差、減小非線性誤差2 2、提高傳感器靈敏度、提高傳感器靈敏度3 3、減小寄生電容的影響、減小寄生電容的影響4 4、減小溫度、濕度等環(huán)境因素的影響、減小溫度、濕度等環(huán)境因素的影響C2C1d1d200 任務(wù)一 汽車油箱的液位檢測指紋識別所需電容傳

3、感器包含一個大約有數(shù)萬指紋識別所需電容傳感器包含一個大約有數(shù)萬個金屬導(dǎo)體的陣列，其外面是一層絕緣的表面，個金屬導(dǎo)體的陣列，其外面是一層絕緣的表面，當用戶的手指放在上面時，金屬導(dǎo)體陣列當用戶的手指放在上面時，金屬導(dǎo)體陣列/ /絕緣絕緣物物/ /皮膚就構(gòu)成了相應(yīng)的小電容器陣列。它們的皮膚就構(gòu)成了相應(yīng)的小電容器陣列。它們的電容值隨著脊（近的）和溝（遠的）與金屬導(dǎo)電容值隨著脊（近的）和溝（遠的）與金屬導(dǎo)體之間的距離不同而變化。體之間的距離不同而變化。應(yīng)用 任務(wù)一 汽車油箱的液位檢測直線位移型電容傳感器 角位移型電容傳感器二、變面積式電容傳感器二、變面積式電容傳感器 任務(wù)一 汽車油箱的液位檢測電容傳感器

4、的容量與投影面積的關(guān)系演示工作原理演示 任務(wù)一 汽車油箱的液位檢測變介電常數(shù)式電容傳感器 三、變介電常數(shù)式電容傳感器三、變介電常數(shù)式電容傳感器 任務(wù)一 汽車油箱的液位檢測應(yīng)用：應(yīng)用：測量頭構(gòu)成電容器的一個極板，另一個極測量頭構(gòu)成電容器的一個極板，另一個極板是物體本身，當物體移向接近開關(guān)時，物體和板是物體本身，當物體移向接近開關(guān)時，物體和接近開關(guān)的介電常數(shù)發(fā)生變化，使得和測量頭相接近開關(guān)的介電常數(shù)發(fā)生變化，使得和測量頭相連的電路狀態(tài)也隨之發(fā)生變化連的電路狀態(tài)也隨之發(fā)生變化. .接近開關(guān)的檢測物接近開關(guān)的檢測物體，并不限于金屬導(dǎo)體，也可以是絕緣的液體或體，并不限于金屬導(dǎo)體，也可以是絕緣的液體或粉狀

5、物體粉狀物體振蕩電振蕩電路路感應(yīng)電極被測物體 任務(wù)一 汽車油箱的液位檢測電容電容式傳式傳感器感器的測的測量電量電路路電橋電路運放電路雙T電路調(diào)頻（諧振）電路脈沖寬度調(diào)制電路 任務(wù)一 汽車油箱的液位檢測電容式液位傳感器的外形圖 電容式液位傳感器的外形圖，主要有棒式和纜式兩種 任務(wù)一 汽車油箱的液位檢測電容式液位傳感器探頭類型及應(yīng)用 任務(wù)一 汽車油箱的液位檢測實施實施 棒狀電極（金屬管）外面包裹聚四棒狀電極（金屬管）外面包裹聚四氟乙烯套管，當被測液體的液面上升氟乙烯套管，當被測液體的液面上升時，引起棒狀電極與導(dǎo)電液體之間的時，引起棒狀電極與導(dǎo)電液體之間的電容變化。電容變化。 任務(wù)一 汽車油箱的液位

6、檢測注意：注意：（a）屏蔽和接地）屏蔽和接地 （b）增加初始電容值，降低容）增加初始電容值，降低容抗?？?。（c）導(dǎo)線間分布電容有靜電感）導(dǎo)線間分布電容有靜電感應(yīng)，因此導(dǎo)線和導(dǎo)線要離得遠，應(yīng)，因此導(dǎo)線和導(dǎo)線要離得遠，線要盡可能短，最好成直角排列，線要盡可能短，最好成直角排列，若采用平行排列時可采用同軸屏若采用平行排列時可采用同軸屏蔽線。蔽線。（d）盡可能一點接地，避免多）盡可能一點接地，避免多點接地。點接地。 任務(wù)一 汽車油箱的液位檢測生產(chǎn)中電容式液位傳感器 任務(wù)一 汽車油箱的液位檢測 超聲波是一種機械波，它方超聲波是一種機械波，它方向性好，穿透力強，遇到雜質(zhì)或向性好，穿透力強，遇到雜質(zhì)或分界面

7、會產(chǎn)生顯著的反射。利用分界面會產(chǎn)生顯著的反射。利用這些物理性質(zhì)，可把一些非電量這些物理性質(zhì)，可把一些非電量轉(zhuǎn)換成聲學(xué)參數(shù)，通過壓電元件轉(zhuǎn)換成聲學(xué)參數(shù)，通過壓電元件轉(zhuǎn)換成電量。超聲波傳感器就是轉(zhuǎn)換成電量。超聲波傳感器就是利用超聲波的特性，將非電量轉(zhuǎn)利用超聲波的特性，將非電量轉(zhuǎn)換為電量的測量元件。換為電量的測量元件。 任務(wù)二 高壓密閉容器的液位檢測超聲波的特性超聲波的特性聲波：聲波： 是一種機械波，由于發(fā)聲體的機械振動，是一種機械波，由于發(fā)聲體的機械振動，引起周圍彈性介質(zhì)中質(zhì)點的振動，并由近引起周圍彈性介質(zhì)中質(zhì)點的振動，并由近及遠的傳播。及遠的傳播。人耳能聽到的聲波頻率：人耳能聽到的聲波頻率：20

8、HZ20HZ20kHZ20kHZ范范圍內(nèi)。頻率超過圍內(nèi)。頻率超過20KHZ20KHZ稱為超聲波，低于稱為超聲波，低于20HZ20HZ稱為次聲波。檢測中常用的超聲波頻稱為次聲波。檢測中常用的超聲波頻率范圍為幾十率范圍為幾十kHZkHZ到幾十到幾十MHZMHZ。 任務(wù)二 高壓密閉容器的液位檢測fC超聲波的傳播特性：超聲波的傳播特性： 1、傳播速度：超聲波的傳播速度與波長及頻率成正比。為超聲波的波長；f為超聲波的頻率 任務(wù)二 高壓密閉容器的液位檢測2、通過兩種不同的介質(zhì)時，超聲波產(chǎn)生反射和折射現(xiàn)象。但當它由氣體傳播到液體或固體中，或由固體、液體傳播到氣體中時，由于介質(zhì)密度相差太大而幾乎全部發(fā)生反射。

9、3、通過同種介質(zhì)時，超聲波隨著傳播距離的增加，其強度因介質(zhì)吸收能量而衰減。超聲波在氣體中衰減很快，當頻率較高時衰減更快。因此，超聲波儀器主要用于固體和液體中。 任務(wù)二 高壓密閉容器的液位檢測 超聲檢測是一種無損檢測。廣泛用于金屬構(gòu)件、混凝土制品、塑料制品、陶瓷制品的探傷及厚度檢測，以及物位、液位、流量、流速檢測和防盜報警等許多領(lǐng)域。 任務(wù)二 高壓密閉容器的液位檢測ERW管材焊縫超聲檢測系統(tǒng)管材焊縫超聲檢測系統(tǒng) 任務(wù)二 高壓密閉容器的液位檢測采用超聲檢測分析儀檢測混凝土采用超聲檢測分析儀檢測混凝土 任務(wù)二 高壓密閉容器的液位檢測超聲波距離傳感器 任務(wù)二 高壓密閉容器的液位檢測超聲波傳感器的特性超

10、聲波傳感器的特性 具有小角度，小盲區(qū)，測量準確，無接觸，防具有小角度，小盲區(qū)，測量準確，無接觸，防水，防腐蝕，低成本等優(yōu)點?？蓱?yīng)于液位，物位水，防腐蝕，低成本等優(yōu)點?？蓱?yīng)于液位，物位檢測，可保證在液面有泡沫或大的晃動，不易檢檢測，可保證在液面有泡沫或大的晃動，不易檢測到回波的情況下有穩(wěn)定的輸出。測到回波的情況下有穩(wěn)定的輸出。超聲探頭的外形圖 任務(wù)二 高壓密閉容器的液位檢測超聲波探測用耦合劑超聲波探測用耦合劑 超聲探頭與被測物體接觸時，探頭與被測物超聲探頭與被測物體接觸時，探頭與被測物體表面間存在一層空氣薄層，空氣將引起三個界體表面間存在一層空氣薄層，空氣將引起三個界面間強烈的雜亂反射波，造成干

11、擾，并造成很大面間強烈的雜亂反射波，造成干擾，并造成很大的衰減。為此，必須將接觸面之間的空氣排擠掉，的衰減。為此，必須將接觸面之間的空氣排擠掉，使超聲波能順利地入射到被測介質(zhì)中。在工業(yè)中，使超聲波能順利地入射到被測介質(zhì)中。在工業(yè)中，經(jīng)常使用一種稱為耦合劑的液體物質(zhì)，使之充滿經(jīng)常使用一種稱為耦合劑的液體物質(zhì)，使之充滿在接觸層中，起到傳遞超聲波的作用。常用的耦在接觸層中，起到傳遞超聲波的作用。常用的耦合劑有自來水、機油、甘油、水玻璃、膠水、化合劑有自來水、機油、甘油、水玻璃、膠水、化學(xué)漿糊等。學(xué)漿糊等。 任務(wù)二 高壓密閉容器的液位檢測 靜電超聲傳感器工作原理與電容式麥克風(fēng)相似：只靜電超聲傳感器工作

12、原理與電容式麥克風(fēng)相似：只在一邊鍍有一層金屬的薄介電薄膜形成傳感器的活動元在一邊鍍有一層金屬的薄介電薄膜形成傳感器的活動元件，用來發(fā)射和件，用來發(fā)射和/ /或接收超聲信號。中心開槽的固定底板或接收超聲信號。中心開槽的固定底板主要用來集中聲束以沖擊薄膜。主要用來集中聲束以沖擊薄膜。 靜電傳感器更高的靈敏度可轉(zhuǎn)換成比壓電傳感器更靜電傳感器更高的靈敏度可轉(zhuǎn)換成比壓電傳感器更長距離的探測能力（或短距離應(yīng)用時的更低增益接收電長距離的探測能力（或短距離應(yīng)用時的更低增益接收電路），以及更為可靠的探測小型及吸聲目標的能力。帶路），以及更為可靠的探測小型及吸聲目標的能力。帶適當驅(qū)動和接收電路的單個靜電傳感器，可

13、覆蓋短至適當驅(qū)動和接收電路的單個靜電傳感器，可覆蓋短至1 1英英寸、長至寸、長至6060英尺的探測距離，使其成為儲罐液位測量應(yīng)英尺的探測距離，使其成為儲罐液位測量應(yīng)用的理想選擇。用的理想選擇。 任務(wù)二 高壓密閉容器的液位檢測實施實施工作原理工作原理 在液罐下方安裝了超聲波發(fā)射器和接收器。超聲波傳感器發(fā)射出的超聲波在液面被反射，經(jīng)過時間t后，探頭接收到從液面反射回的回音脈沖，這樣探頭到液面的距離L由下式可得：ctL21c為超聲波在被測介質(zhì)中的傳播速度；t為從發(fā)出超聲波到接收到超聲波的時間。 超聲波測液位示意圖 任務(wù)二 高壓密閉容器的液位檢測超聲波液位傳感器安裝示意圖 任務(wù)二 高壓密閉容器的液位檢

14、測探頭安裝要求：探頭安裝要求：（1 1）對于鐵質(zhì)容器，可以給探頭工作端面涂）對于鐵質(zhì)容器，可以給探頭工作端面涂上硅脂并用磁性吸盤將其直接貼在容器底部上硅脂并用磁性吸盤將其直接貼在容器底部即可；若容器外殼是玻璃等其它材料，可以即可；若容器外殼是玻璃等其它材料，可以用膠將探頭粘貼固定或用支架固定于容器底用膠將探頭粘貼固定或用支架固定于容器底部。探頭指向須與所測距離在同一直線上。部。探頭指向須與所測距離在同一直線上。（2 2）探頭正上方無盤管等遮擋物；）探頭正上方無盤管等遮擋物；（3 3）遠離罐底進液口，以避免進液劇烈流動）遠離罐底進液口，以避免進液劇烈流動對測量的影響；對測量的影響； 任務(wù)二 高壓密閉容器的液位檢測（4 4）遠離罐頂進液口下方位置，以避免進液）遠離罐頂進液口下方位置，以避免進液沖擊使液面劇烈波動影響測量；沖擊使液面劇烈波動影響測量；（5 5）高于出液口或排污口，以避免罐底長期）高于出液口或排污口，以避免罐底長期沉積污物對測量的影響沉積污物對測量的影響. .