物位传感器

下面介绍几种实用化的物位传感器及应用。
l、电容式物位传感器
电容式物位传感器有两个导体电极（通常把容器壁作 为一个电极），由于电极间是气体、流体或固体而导致静 电容的变化，因此可以敏感物位。它的敏感元件有三种形 式，即棒状、线状和板状，其工作温度、压力主要受绝缘 材料的限制。电容式物位传感器可以采用微机控制，实现 自动调整灵敏度，并且具有自诊断的功能，同时能够检测 敏感元件的破损、绝缘性的降低、电缆和电路的故障等， 并可以自动报警，实现高可靠性的信息传递。由于电容式 物位传感器无机械可动部分，且敏感元件简单，形状和结 构的自由 以大，操作方便，因此，它是应用最广的一种物 位传感器。
密闭容器：测量容器底部压力，除与液面高度有关外，还与液面上部介
质压力有关，其关系为 PB PA H g
式中 PA、PB——分别是液面上部介质压力和液面以下H深度的液体压力。
应用超声波反射检测物位
测量原理 根据超声波从发射到接收反射回波的时间间隔大小与被测介 质高度成比例关系的原理，实现液位测量的。
超声波物位计 超声波物位计由超声波发射、接收器（探头）及显示仪表组成。
超声波物位计原理框图 超声波物位计的原理 物位计以微处理机8031单片机为核心，进行超声 波的发射、接收控制和数据处理，具有声速温度补偿功能及自动增益 控制功能。
物位传感器分类及应用
物位传感器可分两类：一类是连续测量物位变 化的连续式物位传感器；另一类是以点测为目的的 开关式物位传感器即物位开关。目前，开关式物位 传感器比连续式物位传感器应用得广。它主要用于 过程自动控制的门限、溢流和空转防止等。连续式 物位传感器主要用于连续控制和仓库管理等方面， 有时也可用于多点报警系统中。
物理量传感器
机械量传感器：几何量、位量、流量、速度等 热学量传感器： 热导率、热流、温度等 光学量传感器：可见光、红外线、色等 磁学量传感器：磁场强度、磁通密度 电学量传感器：电流、电压、电场等 声学量传感器: 超声波、声压、噪声等 核辐射传感器: X射线、β射线等
化学量传感器
气体传感器：分压、浓度等 湿度传感器：露点、水分等 离子传感器：活度、浓度、成分等
物位传感器
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孙江涛 王超 许齐庆 赵无眠
综述
一、传感器定义、原理及主要应用
传感器是将感受的物理量、化学量等信息，按一定规律转换成便于测量和传 输的信号的装置。
电信号易于传输和处理，所以大多数的传感器是将物理量等信息转换成电信 号输出的。例如传声器(话筒)就是一种传感器，它感受声音的强弱，并转换成相 应的电信号。
根据传声介质的不同可以分为：液介式、气介式、固介式三种。
测量时由置于容器底部的超声波探头向液面与气体的分界 面发射超声波，经过时间t后，便可接收到从界面反射回来 的回波信号。
H 1 vt 2
V----超声波在液体中的传播速度 H ----从探头至界面的距离（被测介质物位高度） T ----超声波从探头发射至液面反射回来的时间
一般采用半导体膜盒结构，利用金属片承受液体压力．通 过封入的硅油导压传递给半导体应变片进行液位的测量。由于 固态压力传感器（压阻电桥式）性能的提高和微处理技术的发 展，压力式物位传感器的应用愈来愈广。近年来．已经研制出 了体积小、温度范围宽、可靠性好、精度高的压力式物位传感 器，同时，其应用范围也不断地拓宽。
生物量传感器
生理量传感器：生理化学量、生理机械量、体检生化量等 微生物传感器：葡萄糖、甲烷等 酶传感器 组织传感器 免疫传感器
本文主要介绍位量传感器中的物位传感器。
物位的基本概念
物位-----指容器中的液体介质的液位、固体的料位或颗粒物的料位和两 种不同液体介质分界面的总称 液位――容器中的液体介质的高低 料位――容器中固体或颗粒状物质的堆积高度 物位检测的作用 ①确定容器中的贮料数量，以保证连续生产的需要或进行经济核算； ②为了监视或控制容器的物位，使它保持在规定的范围内； ③对它的上下极限位置进行报警，以保证生产安全、正常进行。
物 位 应用浮力原理检测物位 检 应用静压原理检测物位 测 方 应用超声波反射检测物位 法
应用浮力原理检测物位
测量原理
利用漂浮于液面上的浮标或浸没于液体中的浮筒对液位进行测 量的。当液位变化时，前者产生相应的位移，而所受到的浮力 维持不变，后者则发生浮力的变化。因此，只要检测出浮标的 位移或浮筒所受到的浮力的变化，就可以知道液位的高低。
射频电容式物位开关(LD-DLT)
电容物位仪(AM90系列)
电容式物位开关 / 音叉式物位开关 (JY-DCB, JY-DCA, JY-DCY)
NivoCAP 电容物位计
2、浮于自动平衡式物位传感器 这种传感器通过检测平衡浮子浮力的变化来进行液位的测
量。它可以配备微机，使之具有自检、自诊断和远传的功能， 利用它可以高精度地测量大跨度的液位。 3、压力式物位传感器
传感器感受一种量并把它转换成另一种量，这种转换也可以看成是能量的转 换，因此在某些领域如生物医学工程等中，也称为换能器。
传感器主要用于测量和控制系统，它的性能好坏直接影响系统的性能。如果 传感器不能灵敏地感受被测量，或者不能把感受到的被测量精确地转换成电信号， 其他仪表和装置的精确度再高也无意义。
二、传感器分类：按被测量量分，总体上分三类
浮球液位开关（MF-10F1） 玻璃板液位计（UB型）
4、超声波物位传感器
它是一种非接触式的物位传感器，应用领域十分广泛。其工作原理 是，工作时向液面或粉体表面发射一束超声波，被其反射后，传感器再 接收此反wenku.baidu.com波。设声速一定，根据声波往返的时间就可以计算出传吸器 到液面（粉体表面）的距离，即测量出液面（粉体表面）位置。其敏感 元件有二种，一种是由线圈、磁铁和膜构成的，另一种是由压电式磁致 伸缩材料构成的。前者产生的是10KHz的超声波，后者产生的是 20~40Khz的超声波。超声波的频率愈低，随着距离的衰减愈小，但是 反射效率也小。因此，应根据测量范围、物位表面状况和周围环境条件 来决定所使用的超声波传感器。高性能的超声波物位传感器由微机控制。 以紧凑的硬件进行特性调整和功能检测。它可以准确地区别信号波和噪 声，因此，可以在搅拌器工作的任况下测量物位。此外，在高温或吹风 时也可检测物位，特别是可以检测高粘度液体和粉状体的物位。
恒浮力法液位测量示意图
应用静压原理检测物位
通过液柱静压的方法对液位进行测量的。
压力表测量液位原理
敞口容器：多用直接测量容器底部压力的方法。如 图所示，测压仪表通过导压管与容器底部相连，由 测压仪表的压力指示值，便可推知液位的高度 。
其关系为 P Hg
式中 P—测压仪表指示值 H—液位的高度ρ—液体的密度g—重力加速度