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液位傳感�
閱讀�18351時間�2010-09-11 09:22:31

  靜壓投入式液位變送器(液位計)適用于石油化工、冶�、電�、制藥、供排水、環(huán)保等系統(tǒng)和行�(yè)的各種介�(zhì)的液位測量。精巧的�(jié)�(gòu),簡單的�(diào)校和靈活的安裝方式為用戶輕松地使用提供了方便�4�20mA� 0�5v� 0�10mA等標(biāo)�(zhǔn)信號輸出方式由用戶根�(jù)需要任��

  利用流體靜力�(xué)原理測量液位,是壓力傳感�的一項重要應(yīng)用。采用特種的中間帶有通氣�(dǎo)管的電纜及專門的密封技�(shù),既保證�傳感�的水密性,又使得參考壓力腔與環(huán)境壓力相�,從而保證了測量的高精度和高�(wěn)定��

  是針對化工工�(yè)中強腐蝕性的酸性液體而特制,殼體采用聚四氟乙烯材料制�,采用特種氟膠電纜及專門的密封技�(shù)進行電氣連接,既保證了傳感器的水密�、耐腐蝕�,又使得參考壓力腔與環(huán)境壓力相通,從而保證了測量的高精度和高�(wěn)定��

�(jié)�(gòu)

  液位傳感�,它包括浮子(1)、磁�(2)、支�(3)、線性輸出的霍爾元件傳感�(4)、放大電�,霍爾元件傳感器(4)�(shè)置在支架(3)的上部,磁鐵(2)�(shè)置在霍爾元件傳感�(4)的下�,磁�(2)與浮�(1)連接;霍爾元件傳感器(4)的輸出端通過放大電路與顯示儀表的輸入端連接。霍爾元件傳感器為線性輸出的霍爾元件傳感�,因�,該液位傳感器輸出變化的線性度�,測量精度和分辨率高�

原理

  用靜壓測量原理:�(dāng)液位變送器投入到被測液體中某一深度�,傳感器迎液面受到的壓力公式為:Ρ = ρ .g.H + Po式中�

  P :變送器迎液面所受壓�

  ρ:被測液體密�

  g :當(dāng)?shù)刂亓铀�?/FONT>

  Po :液面上大氣�

  H :變送器投入液體的深�

  同時,通過�(dǎo)氣不銹鋼將液體的壓力引入到傳感器的正壓腔,再將液面上的大氣壓 Po 與傳感器的負壓腔相�,以抵消傳感器背面的 Po �

  使傳感器測得壓力為:ρ .g.H ,顯� , 通過測取壓力 P ,可以得到液位深��

  功能特點�

  ◆穩(wěn)定性好,滿�、零位長期穩(wěn)定性可� 0.1[%]FS/ �。在補償溫度 0 � 70 ℃范圍內(nèi),溫度飄移低� 0.1[%]FS ,在整個允許工作溫度范圍內(nèi)低于 0.3[%]FS �

  ◆具有反向保�、限流保護電�,在安裝時正負極接反不會損壞變送器,異常時送器會自動限流在 35MA 以內(nèi)�

  ◆固�(tài)�(jié)�(gòu),無可動部件,高可靠�,使用壽命長�

  ◆安裝方�、結(jié)�(gòu)簡單、經(jīng)濟耐用�

  主要技�(shù)參數(shù)�

  工藝� 擴散� 陶瓷電容 藍寶� 電容任選。分體式一體式可選,量程:0---0.5---200米,輸出: 4---20mA �2線制)供電:7.5---36VDC 推薦24VDCCBM-2100/CBM-2700 投入式靜壓液位計可靠防腐并帶有陶瓷測量單元的探頭,用于凈�、污水及鹽水的物位測量�

�(chǎn)品比�

  1.雷達液位傳感�

                             

  原理 :D=L-CT/2  雷達液位計采用發(fā)�-反射-接收的工作模�。雷達液位計的天線發(fā)射出電磁�,這些波經(jīng)被測對象表面反射�,再被天線接�,電磁波從發(fā)射到接收的時間與到液面的距離成正��

  該類型傳感器一般誤差在2mm左右,測量范圍一般是0.5m-20m,由于其非接觸的測量原理相對磁尺來說對背測介�(zhì)范圍就比較廣,液�,固體(物位)都可以。缺點主要是精度不夠�,在短量程方面有暗區(qū),由于電磁波不能受到干擾,安裝時�(yīng)避免障礙物,同時也應(yīng)避免溫度等因�(shù)對電磁波的影�。另外在界面方面,特別是密度相差不是很大界面方面,遠遠不如磁尺方便準(zhǔn)確�

  2.超聲波液位傳感器

  原理與雷達液位計相同,只是相對雷達的電磁波,超聲波液位傳感器

  是利用空氣的聲納原理,發(fā)射和接受的是一種超聲波。從性能上來�,超聲波比雷達具有更�(wěn)定的性能�

  3.浮球式液位(界面)傳感器

  此類傳感器的工作基于浮子的浮力及磁性原�。當(dāng)浮子隨著液位(界面)上下浮動,浮子內(nèi)永磁體的磁力作用于導(dǎo)管內(nèi)的干簧管,使相應(yīng)高度的干簧管閉合,得到正比于液位的電壓信�,經(jīng)�(zhuǎn)換器�(zhuǎn)換成4~20mA.DC的標(biāo)�(zhǔn)信號�

  磁浮子傳感器的特點就是精度不高,某廠家產(chǎn)品的一組數(shù)�(jù)為:測量范圍L,�(dāng)5001000�,精度為1.5[[%]],當(dāng)L>1000�,精度為1.0[[%]].測量范圍主要集中�4m以下。相對來講,在界面測量方面有很穩(wěn)定的性能�

  4. 磁翻板式液位�

  磁翻板式液位計是以磁性浮子為感應(yīng)元件,并通過磁性浮子與顯示色條中磁性體的耦合作用,反映被測液位或界面的測量儀表。磁浮子式液位計和被測容器形成連通器,保證被測量容器與測量管體間的液位相�。當(dāng)液位計測量管中的浮子隨被測液位變化時,浮子中的磁性體與顯示條上顯示色�(biāo)中的磁性體作用,使其翻�(zhuǎn),紅色表示有�,白色表示無液,以達到就地準(zhǔn)確顯示液位的目的�

  此類傳感器具有顯示直觀醒目、不需電源,安裝方便可�,維護量�,維修費用低的優(yōu)�,是玻璃�、玻璃板液位計的升級換代�(chǎn)�。但測量精度不高,一般廠家標(biāo)稱的誤差都在10mm�20mm之間。如果需要把�(xiàn)場的�(shù)�(jù)遠傳還需要加一個相�(yīng)�(shù)�(jù)遠傳變送器,如右圖下部所��

  值得一提的�,由于該傳感器中浮球與磁尺類似,所以該傳感器能和磁尺配合使�。這樣,磁翻板就起到現(xiàn)場顯示作�,而磁尺則起到變送遠傳的功能。而且通過磁致伸縮原理將其�(zhuǎn)換成高精度的電信�,而且信號類型豐富。而一般的遠傳變送器的原理是將開�(guān)信號�(zhuǎn)換為連續(xù)的模擬量的輸��

  對于浮子和磁翻板兩種傳感�,在�(yè)�(nèi)對其兩者的名稱容易混淆,因為都是有一個磁性浮�,所以很多時候都被稱之為磁浮子液位計,實際溝通時需要具體確�。凡此兩類傳感器主要特點就是精度不高,同時由于磁性原理也需要在�(xiàn)場安裝時注意一些干��

  5.電容式液位傳感器

            

  原理:把一根涂有絕緣層的金屬棒,插入裝有導(dǎo)電介�(zhì)的金屬容器中,在金屬棒和容器壁間形成電容,其物位變化量△H與電容變化量△CX�(guān)系如下:

  式中:Co為容器液體放空時,金屬棒對容器壁的分布電��

  ε為容器液體介電常�(shù)�

  H為液位高度;

  D2為絕緣套管的直徑�

  D1為金屬棒的直�

  �(dāng)被測介質(zhì)物位變化�,傳感器電容量發(fā)生相�(yīng)變化,電容量的變� △Cx 通過�(zhuǎn)換器�(zhuǎn)換成與物位成比例的直流標(biāo)�(zhǔn)信號�

  此類傳感器由于其原理決定,實際中根據(jù)被測介質(zhì)的導(dǎo)電屬性來選擇各種不同的測量探�。電容式原理的精度一般都能達�0.5[[%]]左右,測量范圍在0.2m--20m之間。由于電容原理的一些特殊性,相比磁尺來講在穩(wěn)定性方面還是有一定的距離�

信號�(diào)理電路設(shè)�

  在變送器 的開�(fā)�(yīng)用中,常常會遇到所需的變送器的輸出與已有的變送器的輸出不�,或用戶已有的變送器的輸出不能滿足新的需�,這就需要改變變送器原來的輸出。為� 滿足多種客戶的需�,就需有多種輸出的變送器。例如:作為二型�,標(biāo)�(zhǔn)輸出多為0�10mA, �0�10V,而目前應(yīng)用的三型表,卻是4�20mA�1�5V�,它們之間如何變�,是我們必須解決的問題�

  1 變送器信號�(diào)理電路的�(shè)�

  1.1 溫度漂移的處�

  ---傳感器的溫度漂移可分為零點溫度漂移和靈敏度溫度漂�。零點溫漂即傳感器不受壓時的輸出由溫度變化引起的漂移,在傳感器的�(yīng)用中,經(jīng)常用恒流供電,零點及其溫漂的補償方法可用電阻串并�(lián)�,采用圖1所示的電路可有效的解決零點溫漂問題�

  ---� 流供電橋路的傳感�,其靈敏度溫度補償通常采用的電路如�2所�。其中R的網(wǎng)路中Rt為溫度系�(shù)與靈敏度溫漂同向的熱敏電阻,Rs、Rp、Rz為溫度系�(shù) 可忽略的電阻,用來調(diào)整Rt的溫度系�(shù)。經(jīng)上述零點和靈敏度的溫度補�?shù)膫鞲衅鞯妮敵鲂盘柤纯梢暈樵谝欢ǖ臏囟确秶鷥?nèi)與溫度變化無�(guān)�

  1.2 放大及非線性的處理

  ---任何力敏傳感器的非線性都有大小、正負之�,信號的處理和傳輸時要進行線性化處理,使得到的信號與液位成線性關(guān)系。線性化電路就是根據(jù)非線性的大小和正負來�(shè)計的,線性化可以在信號處理的不同階段來進行,有的在模擬信號階段進行,有的在�(shù)字信號階段進行�

  ---在圖3的電路中�12腳與6腳連接后調(diào)整電阻R8,可以調(diào)節(jié)正非線�;12腳與1腳連接后調(diào)整電阻R8,可以調(diào)節(jié)負非線��

  ---對于一般應(yīng)用要求的精度(±0.5[%]FS0),在適當(dāng)?shù)牧砍谭秶�?nèi),使用簡單的正負反饋的修正就足夠�;小量程的傳感器應(yīng)用到大量程中,非線性會增大,有時用簡單的正負反饋修正進行線性化比較困難,使用數(shù)字線性化方法,也可以采用多點修正方法�

  ---對于輸出信號很小,甚至只有幾mV的傳感器在制�4�20mA液位變送器�,可以使用性能�(yōu)良的儀表放大器,如INA118,對溫度補償、線性化、放大以及輸出全面考慮,設(shè)計出滿足需求的液位變送器電路�

  ---也可以應(yīng)用變送器電路�,如xTR106,這是美國BB公司的產(chǎn)�。具體電路如�3所示,用該電路組裝的變送器�(jīng)過長期運�,各方面的性能都很好,其中用Wl�(diào)零點,W2�(diào)量程,R3�(diào)靈敏度溫�,R8�(diào)線性�

  2 變送器輸出的變�

  2.1 4�20mA變換�0�5V

  ---利用OP295放大器的變換電路

  ---OP295 為雙運放電路,噪聲低,精度高,可輸入和輸出正負信號。單電源工作3�36V,低失調(diào)電壓300μV,高開環(huán)增益1000V/mV,每個放大器的電 源電流為150μA,輸出電流�18mA,工作溫�-40�125�。是一種很好的放大器�

  ---用OP295放大器構(gòu)成的4�20mA變換�0�5V的原理圖如圖4所�。其中R1為取樣電�,W1和W2分別為調(diào)零位和滿位的電位�,二極管組用于共模調(diào)��8V電壓可用LM317得到。該電路組裝�(diào)試便�,精度高�

  ---利用BB公司的RCV420的變換電�

  ---RCV420 � BB公司的產(chǎn)�。它能將4�20mA變換�0�5V。它的電源電壓額定值為±15V,靜�(tài)電流�3mA,工作溫度范�-55�125�。雖 然說明書中給出的電源是雙電源,但也可以應(yīng)用于單電�0�24V的場�,這就十分方便,應(yīng)用時不加任何外部元件(見圖5)�

  2.2 4�20mA變換�0�10mA

  ---�4�20mA變換�0�10mA的電路如�6所�。這個電路雖然比較復(fù)雜,但性能�(wěn)定可��

  ---�(shè)R1 上的壓降(取樣電壓)為Vi,經(jīng)推導(dǎo)可以得到流經(jīng)RL上的電流為I=(Vi-1)/R11 。很顯然,如果變送器在零位時輸出4mA,在250Ω的取樣電阻的壓降�1V,于是I=0。如果變送器輸出�20mA,Vi=5V,則I= (5-1)/R11,適�(dāng)選取R11,可得I=10mA�

  2.3�4�20mA輸出

  ---有時為應(yīng)用方便,一個變送器需用兩個或多�4�20mA輸出。圖7給出了在實際�(yīng)用中很成功的解決方法�

  ---實際電路由OP295�9015PNP管構(gòu)�,調(diào)解R1使其輸出�4�20mA,就成了�4�20mA輸出。這個電路輸出穩(wěn)定可��

  3 �(jié)�

  ---本文介紹的液位傳感器的信號調(diào)理電路以及各種變送器的變換電路是作者實際工作的總結(jié),用該方法設(shè)計的液位變送器,經(jīng)多年的實際應(yīng)用,證明用該�(shè)計方法制作的變送器性能�(yōu)良運行可靠�