水位传感器原理及应用课件

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装置介绍
传感器采用投入水位传感器，输出信号为4~20mA，量程由用户制定。 安装时安装在钻有孔的钢管中，避免动水引起测量误差。
传感器输出的信号经过防雷装置后连接AD转换模块，以防雷击损坏传感器和AD模 块。
AD转换模块为12位，输入信号设置为电流测量方式，输入信号范围为0~20mA。
水位测量位置及作用
测量的位置：
1、水库水位； 2、尾水水位； 3、集水井水位； 4. 。。。
测量水位的作用：
1.经济运行要求； 2.安全运行的依据； 3.防洪抗旱的要求依据之一； 4.调度依据；
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水位测量传感器
常用测量水位的传感器
超声波水位传感器 ※ 原理：超声波水位传感器通
过声波从传感器表面到水面的 时间来测量水位。
引线
1、传感器引线不易太长，安装时注意不能折弯引线。注意本能使引线承受 过大的拉力；
2、任何时候都不能堵塞传感器引线中的空气管，否则无法测量数据；
3、引线如果太长，必须进行防雷处理，如引线从铁管中传出；
4、传感器不能投入到泥沙中，否则会造成传感器测压孔堵塞，从而无法测量 数据；并且定期清理传感器测压孔，注意不能用尖锐物体插入测压孔；
门的开、关。一般适用于小闸门，如引水式电站渠道的闸门 控制。
2.卷扬式: 通过卷扬机正反转，带动连接在闸门上的钢丝绳,
实现开启操作，而关闭则是靠闸门的重力自行关闭。
3.液压方式：通过液压控制启闭机进行开启、关闭操作。
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闸门高度测量
转向轮
闸门高度测量传感器
闸门高度测量传感器所使用的光电编码器有两种：
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只有一个数位发生变化。
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大大地减少了由一个状态
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到下一个状态时逻辑的混
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淆。
12
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0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101
0010 0110 0111 0101 0100 1100 1101 1111 1110 1010 1011
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1110
1001
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1111
1000
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格雷码转换
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闸门高度测量
闸门高度测量传感器
闸门高度测量传感器所使用的光电编码器有两种：
转向轮
钢丝绳 闸门
变速箱
测量示意图
轴 光电 编码器
重物
增量式光电编码器：输出为三路脉冲
信号，其中一路为零点脉冲。其余两路每发 一个脉冲代表闸门高度改变一定的高度，通 过两路脉冲信号的相位差表示增加还是减少 闸门高度。 特点： 1、测量闸门的高度为累计值，并且 要通过相位差判断方法，测量复杂； 2、掉电后数据丢失,必须重新设定； 3、同样码盘直径情况下，传感器精度比绝 对式高； 4、在整个闸门开关的过程中，编码器可以 旋转多圈，安装调整方便。
PLC根据设定的参数（量程、AD基准点、AD满量程值等）自动计算水位值，当超 出限制值时，给出报警信号（继电器和指示灯）。
水位显示、参数设置、报警指示灯都由触摸屏完成。
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装置功能
多种量程可供选择 （显示范围：0~999.99米）
传感器输出软件校正
越限报警功能 （上上限、上限、下限、下下限）
水位计算公式： H=（X－A）×（100－0）／(B－A)
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数据滤波及水质系数
为提高水位测量的精度，一般要对数据进行滤波，水位测量装置常用的滤 波算法有：
1、取平均值：同时采集多个值，取其平均值作为实际的数据。 2、一阶滞后滤波法 ：一般取a=0~1，本次滤波结果=（1-a）*本次采样值
钢丝绳
闸门
轴 光电
变速箱
编码器
重物
测量示意图
绝对式光电编码器：输出直接是二进
制数据，表示当前的闸高。 特点： 1、测量方便，无需进行方向判断； 2、掉电后数据不会丢失； 3、为提高抗干扰的能力，输出数据采用格 雷码输出； 4、安装时必须保证在整个闸门开关的过程 中，编码器只能转一圈或一圈以内，必须选 择合适的变速箱。 5、输出接线比较多，随着传感器精度提高 而增加。 6、常用传感器输出的数据为12位。
※ 测量范围：可以定制。
※ 输出：一般选择输出信号为
4~20mA。
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WPC PLC型水位测量装置 系统结构
S7-224XP
EM235 AD
转
水位传感器
防雷 装置
换
模
块
PORT 0
显示 触摸屏
输出
继电器 报警输出
电源 AC220V
PORT 1
远程 显示装置
隔离 变压器
开关电源
生产厂家：武汉电力科技开发有限公司
+a*上次滤波结果。
水质对采集精度的影响：投入传感器是通过测量水的静压力来间接的测量水位， 其基准是以净水压力来核算的，在多泥沙的水质中，必须考虑水质对水位值的 影响，一般要根据实际情况设定一个水质系数进行弥补。
实际水位值=测量水位值*水质系数 （水质系数 小于等于1）
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水位传感器安装要求
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绝对式光电编码器工作原理
挡光板 发光管
光敏二级管 码盘
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十进制数
自然二进制数
格雷码
格雷码特点
0
0000
0000
1
0001
0001
2
0010
0011
格雷码是一种数字排序系
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统，其中的所有相邻整数
4
在它们的数字表示中只有
5
一个数字不同。它在任意
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两个相邻的数之间转换时，
5、传感器不能安装在动水中，应该安装在测压井或通过管道安装在水中；
6、定期清理传感器中的泥沙，以免泥沙阻塞孔从而影响测量；
7、定期进行测量校准，以提高测量的精度；
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孔
传感器在管中安装
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学习情境 三
闸门高度测量传感器及闸门控制
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闸门控制类型
闸门控制一般采用三种方式： 1.螺杆式: 通过电机正反转带动连接在闸门螺杆,从而实现闸
防雷功能
全触摸操作
可连接远程显示装置
采用Modbus协议通讯
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水位数据处理
水位传感器输出信号范围为0~20mA，必须通过一定的转换，将其转换为实际水位
假设： 1. 传感器量程为100米； 2. AD转换后0米水位对应数字A； 3. AD转换后100米水位对应数字B； 4. 当前测量的数字为X，计算水位H；
※ 测量范围：可以定制。 ※ 输出：一般选择输出信号为
4~20mA。
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通过超声波在空中 的传播时间t来计算 超声传感器与被测 物之间的距离s 。
由于声波在空中传 播的速度c是一定的，
则根据： s=ct / 2可计算出s
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常用测量水位的传感器
压力式水位传感器
※ 原理：不同的水位产生净水
压强是不同的，测量出水压， 就可以计算出水位值。