压力和液位传感器测量实验

压力和液位传感器测量实验

一、实验目的：

1. 了解压力传感器和液位传感器的工作原理和结构

2. 学习如何安装和使用压力传感器、液位传感器

3. 学习如何测定和校正传感器的量程曲线

4. 学习传感器、数字转换仪表的连接和参数设置

二、实验装置及试剂

压力传感器一台，液位传感器一台，直流电源，数字显示仪表，高位槽，低位槽，电磁阀。

三、实验原理

压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，其广泛应用于各种工业过程的测量和自控包括石油、化工、航空、制药、环境等不同的行业和过程，按照不同的类型，还可以有用来测量液体或气体压力的，测量物体重量的，测量流体压差的和物体的位移量。也可以分别叫做压力传感器、重量传感器、液位传感器和差压传感器等名称，下本实验简单介绍一些常用传感器原理及其应用。

实验装置为一个透明的有机玻璃塔，也可以作为一个液体罐。在塔体的下部，安装有压力传感器，通过改变液体的高度，或者气体的压力，都可以造成系统压力的变化，可以用来测量塔内液体水产生的压力，并显示在数字仪表上。该数据也可以直接连接到计算机上，实现在线监控和采集。

在塔的上、下部位，安装有液位传感器，用来测量液体的位差。本实验中液体是水，不管液体上方的气体压力如何变化，液位传感器只是测量上下两个测量口之间的压力差。

图1 压力/液位传感器测量试验流程图

传感器测量原理：

压力传感器的种类繁多，有压阻式压力传感器、电容式压力传感器、半导体应变片压力传感器电、感式压力传感器、谐振式压力传感器及电容式加速度传感器等。但应用最为广泛的是压阻式压力传感

器，它具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。

压阻式压力传感器：

通常是将电阻膜片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在一个固定基体上，当基体受力发生应力变化时，膜片的电阻值也发生相应的改变，如果电路中有一个恒流源，从而使加在电阻上的电压发生变化。通过用电桥放大后测量该电压值，就可以知道施加到膜片上的压力值。电阻膜片应用最多的是金属电阻膜片和半导体膜片两种。金属电阻膜片又分丝状膜片和金属箔状片两种。

金属电阻膜片是利用吸附在基体材料上金属丝或金属箔，受应力变化时，电阻发生变化的特性来测量的。应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象，俗称为电阻应变效应。

图2 传感器接线原理

采用水的变化来引起压力和压差的变化，用压力传感器来测量气

体或液体的压力，用差压传感器来测量液位的差别，也就是液体高度。实验采用水为实验物系，水可以连续的加入到一个透明的有机玻璃塔中，该塔也可以代表一个液体罐。当液位不同时，压力传感器测量到的压力不同，同样液位传感器测量的数值也不同。通过不断的改变液体的高度，就可测出不同的压力和液位值。

四、实验步骤

1. 检查实验装置的仪器和设备，是否完好?

2. 将水管连接到水龙头上，并连接到有机玻璃塔的进口，检查是否漏水？水能否流入到塔内？

3. 检查压力传感器、液位传感器连线是否正确？并按照实验原理和仪表说明书，将信号，电源线连接好。

本实验中，压力传感器采用250Ω的电阻，INP采用第33个，正极接“17”，负极接“18”；液位传感器采用50Ω的电阻，INP采用第32个，正极接“19”，负极接“18”。

4. 连接完成后，让指导教师检查。待老师确认后，可以开始实验。

5. 按照仪表的操作说明，和传感器的量程说明，设定好仪表的输入上下限。压力传感器的范围为0-1at，液位传感器的范围为0-5m。

6. 改变液体的高度，每次改变10厘米水柱，分别记录压力传感器的数值和液位传感器的数值，记录液体的温度。

7.从玻璃塔下的放水阀往外放水，每次改变10厘米水柱，也分别记录压力传感器的数值和液位传感器的数值，记录液体的温度。

五、实验数据计算和处理

往有机玻璃塔内加水时记录的实验数据见表1。

表1 实验数据

从塔内放水时记录的实验数据见表2。

表2 实验数据

将在某一液位高度下记录的两组数据取平均值，结果见表3：

表3 计算数据

1. 压力传感器测量校正曲线：

把压力传感器测量的数值和用水的高度换算的数值，在直角坐标上作图，X轴为压力传感器测量的实际数值，Y轴为用水的密度、温度和高度换算出的水压力，这些点可以连接成一条直线，以后只要根据仪表读数，就可以知道真实的压力了。

根据P=ρgh，g=9.8 N/Kg，ρ为液体在某一温度下密度，h为实际液位高度。第一行数据忽略，对第二行数据：P=997.045Kg/m3*9.8 N/Kg*0.1*10-5=0.010at.

其余以此类推，得数据表格如下：

表2 压力实际值计算数据

压力实际值（a t )

压力显示值（at )

图3 压力实际值与压力显示值曲线

2. 液位传感器测量校正曲线：

把液位传感器测量的数值和用水的实际高度，在直角坐标上作图，X 轴为液位传感器测量的数值，Y 轴为水的实际测量高度，这些点可以连接成一条直线，以后只要根据仪表读数，就可以知道实际的液位高度。

表3 液位实际值与显示值数据

液位实际值（m )

液位显示值（m )

图4 液位实际值与显示值曲线

六、实验结果及讨论

1 通过实际数据进行理论计算，将水压的理论值和实际值进行对比，做出校正曲线。校正曲线为一条直线，说明此压力传感器的稳定性非常好；但是压力传感器的实测数据与理论数据有偏差，通过这种方式，使压力传感器得到了很好的校正。

2 将液位的显示值和实际值进行对比，做出校正曲线。校正曲线为一条直线，线性度非常高，说明此液位传感器的稳定性非常好；由数据可以看出，液位的显示值和实际值的偏差较小，说明此液位传感器的精度较好。

七、实验问题回答