《传感器应用 教学课件 PPT 作者 于彤 5章-液位流量》由会员分享，可在线阅读，更多相关《传感器应用 教学课件 PPT 作者 于彤 5章-液位流量（81页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第5章 液位和流量传感器,5.1 液位传感器及应用,5.1.1 电容传感器及应用 5.1.2 超声波及应用,本节学习电容传感器、超声波传感器的原理及应用。,5.1.1 电容传感器,玻璃连通器,电容式传感器的工作原理 及结构形式,上式中，哪几个参量是变量？可以做成哪几种类型的电容传感器？,电容传感器的基本公式为,改变A、d、 三个参量中的任意一个量，均可使平板电容的电容量C 改变。 固定三个参量中的两个，可以做成三种类型的电容传感器。,电容传感器的基本理想公式为,1. 变面积式电容传感器,图a是平板形直线位移式结构，其中极板1可以左右移动，称为动极板。极板2固定不动，称为定极板。图b是同心圆筒形
2、变面积式传感器。外圆筒不动，内圆筒在外圆筒内作上、下直线运动。图c是一个角位移式的结构。极板2的轴由被测物体带动而旋转一个角位移 度时，两极板的遮盖面积A就减小，因而电容量也随之减小。,变面积式电容传感器的特性,变面积式电容传感器的输出特性是线性的，灵敏度是常数。这类传感器多用于检测直线位移、角位移、尺寸等参量。 请画出变面积式电容传感器的输出特性曲线,2. 变极距式电容传感器,当动极板受被测物体作用引起位移时，改变了两极板之间的距离d，从而使电容量发生变化。,实际使用时，总是使初始极距d0尽量小些，以提高灵敏度，但这也带来了变极距式电容器的行程较小的缺点。,变极距式电容传感器的特性曲线,从图
3、中可以看到，为了提高灵敏度，应使当d0小些还是大些？当变极距式电容传感器的初始极距d0较小时，它的测量范围变大还是变小？,a） 结构示意图 b）电容量与极板距离的关系 1定极板 2动极板,3. 变介电常数式,因为各种介质的相对介电常数不同，所以在电容器两极板间插入不同介质时，电容器的电容量也就不同。,几种介质的相对介电常数,变介电常数式电容传感器的用途,分析不同介质对变介电常数电容器的影响。在电容器两极板间插入干的纸和潮湿的纸时，哪一种情况下的电容量大？可以用于测量什么非电量？,5.1.2 电容式传感器的测量转换电路 1、调频电路,调频电路将电容式传感器作为 LC 振荡器谐振回路的一部分，当电
4、容传感器工作时，电容Cx 发生变化，就使振荡器的频率 f 产生相应的变化。,电容式传感器的调频电路与电涡流传感器有何区别？式中哪些量是变量？,调频（FM）电路,TTL电平的高电平和低电平电压范围分别是多少伏？,2、交流电桥,3、脉冲宽度调制电路,5.1.3 电容式传感器的应用,电容器的容量受三个因素影响，即：极距x、相对面积A 和极间介电常数 。固定其中两个变 量，电容量C 就是另一个变量的一元函数。只要想办法将被测非电量转换成极距或者面积、介电常数的变化，就可以通过测量电容量这个电参数来达到非电量电测的目的。,1.电容式液位计,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
5、，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,2.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。,3. 利用电容差压变送器 测量液体的液位,差压变送器,施加在高压侧腔体内的压力与液位成正比：,p = g h,3. 硅微加工加速度传感器,图示加速度传感器以微细加工技术为基础，既能测量交变加速度（振动），也可测量惯性力或重力加速度。其工作电压为2.75.25V，加速度测量范围为数个g，可输出与加速度成正比的电压也可输出占空比正比于加速度的PWM 脉冲。,微加工三轴加速度传感器
6、,技术指标： 灵敏度：500mV/g ， 量程：10g， 频率范围：0.5-2000Hz，安装谐振点:8kHz ， 分辨力：0.00004g ， 重量：200g ， 安装螺纹：M5 mm ， 线性误差：1%,4. 加速度传感器在汽车中的应用,加速度传感器安装在轿车上，可以作为碰撞传感器。当测得的负加速度值超过设定值时， 微处理器据此判断发生了碰 撞，于是就启动轿车前部的折叠式安全气囊迅速充气而膨胀，托住驾驶员及前排乘员的胸部和头部。,装有传感器的假人,气囊,汽车气囊的保护作用,使用加速度传感器可以在汽车发生碰撞时，经控制系统使气囊迅速充气 。,汽车气囊对驾驶员的保护作用,传感器安装位置,5.
7、利用加速度传感器实现延时起爆的钻地炸弹,6. 湿敏电容,利用具有很大吸湿性的绝缘材料作为电容传感器的介质，在其两侧面镀上多孔性电极。当相对湿度增大时，吸湿性介质吸收空气中的水蒸气，使两块电极之间的介质相对介电常数大为增加（水的相对介电常数为80），所以电容量增大。,湿敏电容外形,吸水高分子薄膜,湿敏电容模块及传感器外形,湿敏电容传感器的安装使用,在野外的使用,带报警器的家庭使用型,在野外的使用,7. 电容式油量表,机械式油量表：,在油箱内，装有类似卫生间水箱里的浮球，通过杠杆带动电阻丝式圆盘电位器，由电流表指示出油量。,电容式油量表原理,当油箱中注满油时，液位上升，指针停留在转角为m处。当油箱
8、中的油位降低时，电容传感器的电容量Cx减小，电桥失去平衡，伺服电动机反转，指针逆时针偏转（示值减小），同时带动RP的滑动臂移动。当RP阻值达到一定值时，电桥又达到新的平衡状态，伺服电动机停转，指针停留在新的位置（ x 处）。,该油量表属于开环系统还是闭环系统？,电容式油量表在倾斜状态时可以使用吗？为什么？,该油量表可用于飞机油箱,* 8. 电容式接近开关,被检测物体可以是导电体、介质损耗较大的绝缘体、含水的物体（例如饲料、人体等） ；可以是接地的，也可以是不接地的。 调节接近开关尾部的灵敏度调节电位器，可以根据被测物不同来改变动作距离。,电容式接近开关外形,齐平式,非齐平式,全密封防水式,远距
9、离式（大量程）,远距离式（大量程）,电容式接近开关在液位测量控制中的使用,5.1.4 电容式接近开关在液位物位测量控制中的使用,电容式接近开关在物位测量控制中的使用演示,5.1.5 超声波及应用,蝙蝠能发出和听见超声波,蝙蝠依靠超声波捕食,1. 超声波特性,频率高于20kHz的机械振动波称为超声波。它的指向性很好，能量集中，因此穿透本领大，能穿透几米厚的钢板，而能量损失不大。在遇到两种介质的分界面（例如钢板与空气的交界面）时，能产生明显的反射和折射现象，超声波的频率越高，其声场指向性就愈好。,纵波,横波,表面波,2. 超声波的产生与接收,1）超声波发生器：高频电压源+换能器 发射探头 利用 逆
10、压电效应 2）超声波接收器： 接收探头 利用 正压电效应 发射、接收探头：单晶直探头、斜探头 3）耦合剂：被测物表面不平时，有反射杂波干扰。一般用：水、甘油、水玻璃,流水线计数,超声波传感器 应用举例,3. 超声波测量液位（物位）的原理,在液罐上方安装空气传导型超声发射器和接收器，根据超声波的往返时间，就可测得液体的液面。,超声波测距原理,S = 340 t 2 S 距离 t 往返时间 340 波速,超声波液位计原理,1液面 2直管 3空气超声探头 4反射小板 5电子开关,超声波测量液位和物位,喇叭形 超声发生器,4. 超声防盗报警器,图中的上半部分为发射电路，下面为接收电路。发射器发射出频率
11、 f=40kHz左右的超声波。如果有人进入信号的有效区域，相对速度为 v，从人体反射回接收器的超声波将由于多普勒效应，而发生频率偏移f。,本节作业： 1.列举并详细描述液位的检测方法。 （电容方法有变介电常数、变极距压力法。超声波方法、接近开关方法） 2.电容传感器有什么应用？ 3.超声波传感器有什么应用,休息一下,5-2 流量检测,测量流量的方法很多，有流速法、容积法、质量法等。流速法中，又有叶轮式、涡轮式、卡门涡流式（又称涡街式）、热线式、多普勒式、超声式、电磁式、差压节流式等。,5.2.1 流量检测的基本方法,体积流量qV=Av，单位为m3/h或L/s； 质量流量qm=Av，单位为t /
12、h或kg/s。,例：设测得流速v =10m/s ，圆管道的直径r =1m，则截面积A=0.79m2 ，流量qV= 7.9m3 /s 。,1. 流速法示例叶轮式水表,叶轮式风流速、流量计,2.涡轮流量计核心涡轮,3. 玻璃转子流量计,流体入口,流体出口,转子,4. 差压节流式流量计,节流装置是在管道中段设置一个孔板,流体经过时，局部收缩，流速提高，压强减小。 节流式流量计的缺点是流体通过节流装置后，会产生不可逆的压力损失。另外，当流体的温度t 、压力p1变化时，流体的密度将随之改变。所以必须进行温度、压力修正。,吹纸 (气球) 实验 压强与流速关系,纸,气球,飞机升力的产生,节流装置（取压管及内部的节流孔板）,节流孔板,后取压管,前取压管,流体通过节流孔板时，流速加快，后取压管处的压力减小。,节流装置外形,节流孔板,后取压管,流体流经节流孔板时，压力和流速的变化情况,节流孔板,流速变快，压力变小,节流式流量计外形,6. 椭圆齿轮流量计原理,7. 腰轮流量计（罗茨轮）,5.2.2 超声波流量计,时差式超声波流量计,5.2.3 电磁流量计,本节作业： 1.列举流量检测的方法,2.详细说明容积法和速度法的原理,休息一下,
