一 : 物位传感器
物位传感器
水针二号：王红涛
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培训目标
1.物位传感器的定义。 2.物位传感器的分类。 3.电容式物位传感器。 4.压力式物位传感器。 5.超声波物位传感器。
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1.物位传感器的定义
能感受物位(液位，料位)并转换成可用输出信号的 传感器。 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。
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2.物位传感器的分类 l、电容式物位传感器 2、浮子自动平衡式物位传感器 3、压力式物位传感器 4、超声波物位传感器 5、激光式物位传感器
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3.电容式物位传感器
电容式物位传感器有两个导体电极，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。
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以电容器为敏感元件，将机械位移量转换为
电容量变化的传感器称为电容式传感器。
电容式传感器 变间隙型 变面积型 变介质型
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? 电容的容量，单位是法拉，它表示能储存电荷的大小。1 法拉是很大的，通常用微法或者皮法表示，从公式U=Q/C 可以看出，电容两端的电压与它的电荷成正比，与他的容 量成反比。电容制造出来容量就不变化了，它与电容之间 的极板面积成正比，与极板距离成反比。 ? 1F=1，000，000uF ? 1uF=1，000，000pF
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电容式传感器的工作原理及特性
3.1.1 基本工作原理 平行极板电容器的电容量为： ? S ? 0? r S C? ? （3 ? 1）
+
?
?
ε ——极板间介质的介电系数；
ε0 ——真空的介电常数，ε0 =8.854×10-12 F/m；
εr ——极板间介质的相对介电常数，对于空气介质，
εr ≈1。
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电容式传感器的类型和特性
变极距型电容传感器
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设动极板未移
动时极板间距为δ0 初始电容量为： 极板2上移：
?S C0 ? ?0
?S ?S ?S ?? ?? ?C ? ? ? ? ? C0 ? 0 ? ?? ? 0 ? 0 ? 0 ? ?? ? 0 ? ??
电容的相对变化量为：
?? ?C ?? ? ? ?0 ?? C 0 ? 0 ? ?? 1? ?0
（3 ? 3 ）
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当?? / ? 0 ?? 1时，
2 3 ? ? ?C ?? ?? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ） ? ?? ? ? ...... ?1 ? ?（3 ? 4 C0 ? 0 ? ? 0 ? 0 ? ? 0 ? ? ? ? ? ? ?C ?? 略去高次项，得： ? （3 ? 5） C0 ? 0
所以变极距型电容传感器在设计时要考虑满足 Δδ<<δ0的条件。且一般Δδ只能在极小的范围内变化。
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非线性误差与Δδ/δ0有关。其表达式为：
r?
?? 2 （ ） ?0 ?? ?0
?? ? ? 100% ?0
（3 ? 6 ）
传感器的灵敏度为：
?C C0 ?S K? ? ? 2 ?? ? 0 ? 0
（3 ? 7）
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差动式变间隙型电容传感器
定极板 动极板
C1 δ1
C2 δ2
定极板
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?S ? 1 ? ? 2 ? ? 0 ,C0 ? ?0 动极板上移时： ? 1 ? ? 0 ? ?? ,? 2 ? ? 0 ? ??
初始位置时，
?S ? ?? ? C1 ? C 0 ? ?C1 ? ? C 0?1 ? ? ? 0 ? ?? ? ?0 ?
?1
?S ? ?? ? C 2 ? C 0 ? ?C2 ? ? C 0?1 ? ? ? 0 ? ?? ? ?0 ?
?1
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当?? / ? 0 ?? 1时， ? ?? ? ?? ? 2 ? ? ? ? 3 ? C 1 ? C 0 ?1 ? ?? ? ?? ? ? ...... ? ? 0 ? 0 ? ? 0 ? ? ? ? ? ? ?
? ?? ? ?? ? 2 ? ?? ? 3 ? C 2 ? C 0 ?1 ? ?? ? ?? ? ? ...... ? ?0 ? ?0 ? ? ?0 ? ? ? ? ?
3 ? ?? ? ? ?? ? ?C ? C 1 ? C 2 ? C 0 ?2 ? 2? 3?8 ） ? ? ...... ?（ ? 0 ? 0 ? ? ? ? ? ?
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电容量的相对变化为 ：
?C
?? ?2 C0 ?0
? ? ?? 2 ?? 4 （ ）? （ ） ? ? ? ?? （ 3?9 ） ?1 ? ?0 ?0 ? ?
略去高次项：
非线性误差为：
3 0
?C
?? ?2 C0 ?0
2
（ 3 ? 10 ）
??? ? ? ? ?? ? ? r? ? 100% ? ? ? 100% ? ? ??? ? ? ?? ?
0 0
（3 ? 11 ） 减小
?C C0 ?S ?2 ?2 2 （ 3 ? 12 ）提高一倍 灵敏度： K ? ?? ?0 ?0
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变面积型电容传感器 (角位移变面积型)
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?S ? ? 0， C 0 ? ?
? ?? ? S?1 ? ? ?? ? C? ? C 0 ? ? C ?
θ
定片
? ? 0，
?
动片
? ?? ? C0 ? 1 ? ? ? ??
（3 ? 13 ） （a）角位移式
?C
? ? C0 ?
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板状线位移变面积型
δ a
b
x
（b）直线位移式
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当其中一个极板发生x位移后，改变了两极板间
的遮盖面积S ，电容量C同样随之变化。
? b?a ? x ? x? ? C x ? C 0 ? ?C ? ? C0 ? 1 ? ? （ 3 ? 14 ） ? a? ?
?C x ? C0 a
线性
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初始电容C0为：
2? ?0 L C0 ? D0 ln D1
x
L
D1
当内筒上移x时，内
外筒间的电容C1为：
D0
2??0 ? L ? x ? x? ? C1 ? ? C0 ? 1 ? ? D0 L? ? ln D1
?C
x ? C0 L
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与x成线性关系
(a) 单组式平板形厚度传感器 C1 C2 C3
δx (a) 厚度传感器
C
图3-6 厚度传感器的等效电路
设固定极板长度为a、宽度为b、两极板间的距离为δ；
被测物的厚度和它的介电常数分别为δx和ε
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1 1 1 1 ? ? ? C C1 C 2 C 3
?ab ab C2 ? ? ?x ?x ?
δx
?x 1 ? ? C 2 ab
1 1 ? ? C1 C3
? ??x ?0
ab
C?
ab
? ??x ?x ? ? ?
0
（3 ? 15 ）
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?C ? C0 ? C ? C0 ?
? ??x ?x ? ? ?
0
ab
当? x / ? ?? 1时，
? ? 1 ? C0 ?1 ? ? ? 0 (? ? ? x ? ? x ) ? ?0 ? ? ?
? ?0 ?x ( ? 1) ? ? ? ? C0 ? ? ?0 ?x ? 1 ? ( ? 1) ? ? ? ?
?C ? ? 0 ? ? x ? ? ? 1? C0 ? ? ??
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圆筒式液位传感器
2r2 2r1
hx h
C1
C2
C
图3-8 液位传感器的等效电路 首先
(c) 液位传感器
2??0 h C0 ? ln?r2 / r1 ? 2??hx C1 ? ln?r2 / r1 ?
2??0 ?h ? hx ? C2 ? ln?r2 / r1 ?
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2? ?hx 2? ?0 ?h ? hx ? C? ? ln?r2 / r1 ? ln?r2 / r1 ? 2? ?0 h 2? ?? ? ? 0 ?hx ? ? ln?r2 / r1 ? ln?r2 / r1 ? ? C0 ? C0
2r2 2r1
hx h
?? ? ? 0 ? h
? 0h ?C ?? ? ? 0 ? hx ? C0 ?0 h
x
（3 ? 19 ）
与被测液位hx成线性关系。
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电容式液位计的应用
? 棒状电极（金属管）外面包裹 聚四氟乙烯套管，当被测液体 的液面上升时，引起棒状电极 与导电液体之间的电容变大。
聚四氟乙烯外套
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电容式液位限位传感器
液位限位传感器与液位变送器的区 别在于：它不给出模拟量，而是给 出开关量。当液位到达设定值时， 它输出低电平。但也可以选择输出
为高电平的型号。
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液位限位传感器的设定 设定按钮
? 智能化液位传感器的设定方法： 用手指压住设定按钮，当液位 达到设定值时，放开按钮，智 能仪器就记住该设定。正常使 用时，当水位高于该点后，即
可发出报警信号和控制信号。
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智能化液位限位传感器的设定按钮
正常工作指 示灯 电源指示灯
超限灯
设定按钮
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力传感器
大吨位电子吊秤用电
容式称重传感器。
扁环形弹性元件内腔 上下平面上分别为电容传 感器的定极板和动极板。 称重时，弹性元件受力变 形，使动极板位移，导致 传感器电容量变化。
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电容式位移传感器
1. 平面测端（电极） 2. 绝缘衬塞 3. 壳体 4. 弹簧卡圈 5. 电极座 6. 盘形弹簧 7. 螺母
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振动位移测量
电容式振动位移传感器应用示意图
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指纹传感芯片：电容感应原理
Veridicom的指纹传感芯片表面由300×300个电容传 感器组成。 当个人把他的手指放在传感器上时，手指充当电容器 的另外一极。由于手指上指纹纹路及深浅的存在，导致硅 表面电容阵列的各个电容电压的不同，通过测量并记录各 点的电压值就可以获得具有灰度级的指纹图象。
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电容式测厚传感器
轧辊
工作极板
被测带材
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其它应用：
? 转速测量
2 1 3
4
1 — 齿轮 2 — 定极 3 — 电容传感器 4 — 频率计
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松下电器：家用皮肤水份计
该产品采用小型电容传感器，可在约3秒钟内测量人体皮肤 水份比率。该产品适合每天大部分时间都在使用空调的干燥办 公室中渡过、一直为皮肤干燥而烦恼的“职业女性”。 用户只须将由两个电极构成的小型电容传感器放在皮肤上约 3秒钟，便可以测量出角质层的水份比率。该产品能够以0.1%为 单位显示所测量含水率，同时在“干燥肌肤”到“湿润肌肤” 之间分5档进行显示。 另外，松下还通过减小传感器及零件的体积实现了高密度安 装，使得该产品机身体积减小，机身长143mm。另外，为便于 改善和预防干燥皮肤，该产品还附带护肤措施和改善生活习惯 的“参考手册”。
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4.压力式物位传感器
? 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。
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静压式液位计 4.1. 压力式液位计 压力式液位计是属于静压式液位计的一种， 其原理以流体 静力学为基础。它一般仅适用于敞口容器的液位测量，通常有
利用压力表测量液位和利用吹气法测量液位两种形式。在
此仅
介绍利用压力表测量液位的方法。
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利用压力表测量液位的原理如图8-29所示。测量仪
表通过导压管与容器底部相连，由测压仪表的示值即可知道液
位高度（可以用液位高度标度），即
P＝Hρ g=γ H
（8-18）
如需将信号远传，则可采用气动或电动压力变送器进行检 测。但是液体密度不是定值时，会引起一定的误差。 当压力表与其取压点和取压点与被测液位的零位不在同一 水平位置时， 必须对位置高或低引起的压力差值进行修正，
否则仪表示值与实际液位不相符。
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图8-29 用压力表测量液位原理图
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4.2. 差压式液位计
1） 差压式液位计也属于静压式液位计的一种， 它广泛适用于 密封容器的液位测量。 因为在有压力的密闭容器中， 液面上 部空间的气相压力不一定为定值， 所以用压力式液位计来测量 液位时， 其示值中就包含有气相压力值，即使在液位不变时， 压力表的示值也可能变化， 因而无法正确反映被测液位。为了 消除气相压力变化的影响， 故需采用差压式液位计。
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差压式液位计是利用容器内的液位改变时，由液柱高度产
生的静压也相应变化的原理而工作的， 如图8-30所示。设PA 为密闭容器中的气相A点的静压(气体压力)，PB为密闭容器中的 液相B点的静压，H为液柱高度，ρ为液体密度。根据流体静力 学原理可知：A、B两点的压差为
?P ? PA ? PB ? PA ? H?g ? PA ? H?g
如果为敞口容器，则PA为大气压，公式(8-19)可变为
（8-19）
P=PB=Hρ g
（8-20）
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图8-30 用差压计测量液位原理图
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2） 为了解决测量具有腐蚀性或含有结晶颗粒及粘度大、 易 凝固等液体液位时， 引压管线被堵、 被腐蚀的问题， 需要用 法兰式差压变送器, 如图8-31所示。 图中， 变送器的法兰直接
与容器上的法兰相连接， 作为敏感元件的金属膜盒经毛细管
与变送器的测量室相通。 在膜盒、 毛细管和测量室所组成的 封闭系统内充入硅油， 作为传压介质。 为使毛细管经久耐用， 其外部均套有金属蛇皮保护管。 法兰式差压变送器的测量部 分及气动转换部分的动作原理与气动差压变送器的基本相同。
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图8-31 法兰式差压变送器测量液位原理图
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4.3. 水深测量仪
水的深度不同，其压力也不同，水的压力随水的深度以
0.01 MPa/m呈线性变化。这样只要能测得水的压力，便可知水
的深度。根据这一原理，利用 CYG04 型压阻式压力传感器制成 水深测量仪。 水深测量仪的工作原理如图8-34所示。
CYG04型压阻式压 力传感器设置在测量探头的中央， 其感压膜正对进水压力通道。
使用时将探头投入水中， 传感器便可测得水的压力而输出电压，
经测试仪表的转换， 便可直接从显示器上读出水的深度。
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图8-34 水深测量仪的工作原理图
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5. 超声波传感器
利用超声波在超声场中的物理特性和各种效应而研制的装置 可称为超声波换能器、探测器或传感器。 超声波探头按其工作原理可分为压电式、磁致伸缩式、电磁 式等，其中以压电式最为常用。 压电式超声波探头常用的材料是压电晶体和压电陶瓷，这 种传感器统称为压电式超声波探头。它是利用压电材料的压电
效应来工作的：逆压电效应将高频电振动转换成高频机械振动，
从而产生超声波，可作为发射探头； 而正压电效应是将超声振 动波转换成电信号，可作为接收探头。
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超声波探头结构如图10-3所示，它主要由压电晶片、吸
收块（阻尼块）、保护膜、引线等组成。
压电晶片多为圆板形， 厚度为δ。超声波频率f与其厚度δ成 反比。压电晶片的两面镀有银层，作导电的极板。 阻尼块的作用：降低晶片的机械品质， 吸收声能量。 如果 没有阻尼块，当激励的电脉冲信号停止时， 晶片将会继续振荡， 加长超声波的脉冲宽度，使分辨率变差。
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金属壳
导电螺杆 接线片
吸收块 压电晶片 保护膜
图10-3 压电式超声波传感器结构
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超声波液位检测原理
几种超声波物位测量的结构原理如图8-35所示。 超声波发
射和接收换能器可设置在水中， 让超声波在液体中传播。 由于 超声波在液体中的衰减比较小， 所以即使发出的超声波脉冲幅 度较小也可以传播。 超声波发射和接收换能器也可以安装在液 面的上方， 让超声波在空气中进行传播， 这种方式虽然便于安
装和维修， 但由于超声波在空气中的衰减比较厉害， 因此用于
液位变化比较大的场合时， 必须采取相应措施。
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图8-35 超声波物位测量的结构原理图
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采用单探头时， 探头与液面的距离为
vt h? 2
（8-21）
采用双探头时， 探头与液面的距离为
? vt ? 2 h ? s ?a ? ? ? ?a ?2?
2 2
2
（8-22）
式中，h为探头与液面的距离; t为超声波从发射到接收的间隔时
间;v为超声波在介质中的传播速度 ;a为两换能器间距的一半 ; s
为超声波反射点到换能器的距离。
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超声波的特点
? ? ?
频率高、波长短、绕射现象小； 方向性好、能够成为射线而定向传播；
对液体
、固体的穿透本领很大，在阳光不透明的固体中， 它可穿透几十米的深度。
碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射式回波，碰 到活动物体能产生多普勒效应；
? ?
传播速度取决于媒质，与超声波频率无关。
以非接触方式工作，特别适用于防爆、放射性、医学等领域 应用，也更容易安装和维护。
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超声波传感器的性能指标
超声探头的核心是其塑料外套或者金属外套中的一块压电 晶片。晶片的材料、大小（如直径和厚度）各不相同，因此每 个探头的性能是不同的： （1）工作频率：压电晶片的共振频率。当交流电压的频率和 晶片的共振频率相等时，输出的能量最大，灵敏度也最高。 （2）工作温度：由于超声波探头使用功率较小，所以工作温 度比较低，可以长时间地工作而不失效。 （3）灵敏度：主要取决于制造晶片本身。机电耦合系数大， 灵敏度高；反之，灵敏度低。
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超声波压电陶瓷片的形式
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超声波传感器的形式
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超声波传感器的应用
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 各种场合的距离测量； 生产线上的工件计数； 接近开关； 倒车报警装置； 机器人自动避障装置； 超声波液位/物位计； 自动门开关装置； 液体、气体的浓度和流量检测； 超声波清洗； 超声波雾化； 探伤、测厚、测密度； 医疗器械、美容仪、按摩仪
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超声波传感器的应用
超声波测物位 ：通过测量发射和接收信号之间的时间差测 距离。包括液位测量、固体料位测量、固－液分界面测量以 及液－液分界面测量和液体有无测量等。
h
v?t h? 2
超声波物位传感器检测框图
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超声波传感器的应用
超声波流量传感器
B1 v L B2
传感器1
电路 超声波测流量原理图
传感器2
L t1 ? c?v
L t2 ? c?v 2 Lv 2 Lv ?t ? t2 ? t1 ? 2 2 ? 2 c ?v c
c2 ? v? ?t 2L
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超声波传感器的应用
传感器2
v
θ
D
D t1 ? cos ? c ? v ? sin ?
D t 2 ? cos ? c ? v ? sin?
传感器1 超声波传感器安装位置
2 Dv tan ? ?t ? t2 ? t1 ? 2 2 2 c ? v sin ?
2 Dv tan ? ?t ? c2
c2 v? ?t 2 D tan ?
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超声波传感器的应用
常用超声波流量传感器分类：时差法和多普勒效应法；
固定式和便携式；
条件 传播时间差法 多普勒法
适用液体
含杂质多的水(下水，污水， 水类(江河水，海水,农业用 农业用水等)，浆类(泥浆， 水等),油类（纯净燃油，润 矿浆，纸浆化工料浆等)， 滑油，食用油等），化学 油类(非净燃油，重油，原 试剂，
药液等 油等)
重复性误差
传输电缆长度 价格
0.1%-0.3%
1%
100-300m,在能保证信号质 <30m 量的前提下,可以小于100m 较高 一般较低
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超声波传感器的应用
超声波测厚
常用脉冲回波法。超声波探头与被测物体表面接触，主控 制器产生一定频率的脉冲信号，脉冲波传到被测工件的另一面 被反射回来，被同一探头接收。如果超声波在工件中的声速v 是已知的，设工件厚度为d，脉冲波从发射到接收的时间间隔 为Δt，则工件的厚度为：d＝vΔt/2
发射电路 换能器 试件 接收放大器 示波器 扫描电路 标记发生器
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主控制器
超声波传感器的应用
超声波无损探伤 超声波探伤分为穿透法探伤和反射法探伤。
发射探头 高频发生器 工件 接收探头 放大器 显示
穿透法探伤是根据超声波穿透工件后能量的变化状况 来判断工件内部质量的方法。该方法结构简单，适合探测 薄板；探测灵敏度较低，不能精确定位；对两探头的相对 距离和位置要求较严格。
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超声波传感器的应用
反射法是以超声波在工件中反射情况的不同来探测缺陷 的方法，具体又分为一次脉冲反射法和多次脉冲反射法。一 次脉冲反射法是以一次底波为依据进行探伤的方法。多次脉 冲反射法是以多次底波为依据进行探伤的方法。
高频发生器 探头 F 缺陷 B T 放大器 显示
工件
T
B1
T B2 B3 F B4
无缺陷波形
有缺陷波形
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超声波传感器的应用
超声波探伤仪
超声波探伤 超声波测厚仪
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二 : 物位传感器
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。
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2个导体电极（通常把容器壁作为1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3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1种物位传感器。
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 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。
4、超声波物位传感器 它是1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，传感器再接收此反射波。设声速一定，根据声波往返的时间即可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，1种是由线圈、磁铁和膜构成的，另1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 5、激光式物位传感器 它是1种性能优良的非接触式高精度物位传感器。其工作原理与超声波物位传感器相同，只是把超声波换成光波。激光束很细，作为物位传感器时，即使物位表面极其粗糙，其反射波束也不过加宽到20mm，但这仍是激光式物位传感器可以接收的范围内、激光式物位传感器一般采用近红外光。它是把光流发射出的激光利用半透射反射镜处理。一部分作为基准参考信号输入时间变送器，另一部分通过半透射反射镜的激光经过光学系统处理成为一定宽度的平行光束照射在物体面上。反射波到达传感器接收部再转换成电信号。因为从照射到接受的时间很短，所以利用取样电路扩大成毫微秒数量级，便于信号处理，进行时间的测量。利用微机进行数据处理，变为数字显示物位值的模拟输出信号，再利用软件检测信号的可靠件，如果测定系统出现故障则报警。这种传感器可应用于钢铁工业连续铸造装置的砂型铁水液位高度测量。同时，它还可以应用于狭窄开口容器以及高温、高精度的液面检测。
此外，近年来随着高科技的发展，出现了数字式智能化的物位传感器，它是1种先进的数字式物位测量系统。将其测量部件技术与微处理器的计算功能结合为一体，使得物位测量仪表至控制仪表成为全数字化系统。数字式智能化物位传感器的综合性能指标、实际测量准确度比传统的模拟式物位传感器提高了3－5倍。总之，随着传感器技术的发展．物位传感器的形式将会多种多样，其形式应以非接触式为研制重点。其发展方向是通过广泛应用微机等高新电子技术来获得全面性能的进1步提高，同时还要向着小型化、智能化、多功能化的方向发展。
物位传感器及其应用
物位传感器可分2类：1类是连续测量物位变化的连续式物位传感器；另1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。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2个导体电极（通常把容器壁作为1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3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1种物位传感器。
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 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。
4、超声波物位传感器 它是1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，传感器再接收此反射波。设声速一定，根据声波往返的时间即可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，1种是由线圈、磁铁和膜构成的，另1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 5、激光式物位传感器 它是1种性能优良的非接触式高精度物位传感器。其工作原理与超声波物位传感器相同，只是把超声波换成光波。激光束很细，作为物位传感器时，即使物位表面极其粗糙，其反射波束也不过加宽到20mm，但这仍是激光式物位传感器可以接收的范围内、激光式物位传感器一般采用近红外光。它是把光流发射出的激光利用半透射反射镜处理。一部分作为基准参考信号输入时间变送器，另一部分通过半透射反射镜的激光经过光学系统处理成为一定宽度的平行光束照射在物体面上。反射波到达传感器接收部再转换成电信号。因为从照射到接受的时间很短，所以利用取样电路扩大成毫微秒数量级，便于信号处理，进行时间的测量。利用微机进行数据处理，变为数字显示物位值的模拟输出信号，再利用软件检测信号的可靠件，如果测定系统出现故障则报警。这种传感器可应用于钢铁工业连续铸造装置的砂型铁水液位高度测量。同时，它还可以应用于狭窄开口容器以及高温、高精度的液面检测。
此外，近年来随着高科技的发展，出现了数字式智能化的物位传感器，它是1种先进的数字式物位测量系统。将其测量部件技术与微处理器的计算功能结合为一体，使得物位测量仪表至控制仪表成为全数字化系统。数字式智能化物位传感器的综合性能指标、实际测量准确度比传统的模拟式物位传感器提高了3－5倍。总之，随着传感器技术的发展．物位传感器的形式将会多种多样，其形式应以非接触式为研制重点。其发展方向是通过广泛应用微机等高新电子技术来获得全面性能的进1步提高，同时还要向着小型化、智能化、多功能化的方向发展。
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