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1、传感器应用课程教学资源建设,建设院校：,主要参与企业：,湖南铁道职业技术学院,中国四联仪器仪表集团有限公司 美的集团有限公司 重庆梅安森科技股份有限公司 重庆工业自动化仪表研究所,流量、位移传感器及应用,一、电容式传感器的工作原理,任务1 掌握电容式传感器的工作原理,平板式电容器的基本理想公式为：,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。,流量、位移传感器及应用,一、电容式传感器的工作原理,任务1 掌握电容式传感器的工作原理,1.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
2、使电容量发生变化。,实际使用时，总是使初始极距d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。,流量、位移传感器及应用,一、电容式传感器的工作原理,任务1 掌握电容式传感器的工作原理,1.变极距式电容传感器,为了提高传感器的灵敏度，减小非线性误差，减小寄生电容的影响以及减小温度、湿度等环境因素的影响，常采用差动结构。,流量、位移传感器及应用,一、电容式传感器的工作原理,任务1 掌握电容式传感器的工作原理,2.变面积式电容传感器,直线位移式结构,角位移式结构,流量、位移传感器及应用,一、电容式传感器的工作原理,任务1 掌握电容式传感器的工作原理,2.变面积式电容传感器,变面
3、积式电容传感器的输出特性是线性的，灵敏度是常数。这一类传感器多用于检测直线位移、角位移、尺寸等参量。,流量、位移传感器及应用,一、电容式传感器的工作原理,任务1 掌握电容式传感器的工作原理,3.变介电常数式电容传感器,变介电常数式电容传感器,流量、位移传感器及应用,一、电容式传感器的工作原理,任务1 掌握电容式传感器的工作原理,3.变介电常数式电容传感器,几种介质的相对介电常数,流量、位移传感器及应用,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。 请思考：根据上页表中所示不同介质的相对介电常数，请分析不同介质对变介电常数电容器的影响。,一、电容式
4、传感器的工作原理,任务1 掌握电容式传感器的工作原理,3.变介电常数式电容传感器,流量、位移传感器及应用,一、电容式传感器的工作原理,任务2 了解电容式传感器的特点,优点：1.温度稳定性好。 2.结构简单，适应性强。 3.动态特性好。 4.可实现非接触测量。 缺点：1.输出阻抗高，负载能力差。 2.寄生电容影响大。,流量、位移传感器及应用,二、电容式传感器的测量电路和应用,任务1 掌握电容式传感器的测量电路,举例：调频（FM）电路,电容式传感器的测量电路有电桥电路、双T电路、调频电路、脉冲宽度调制电路等。,流量、位移传感器及应用,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，当电容
5、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。,二、电容式传感器的测量电路和应用,任务1 掌握电容式传感器的测量电路,(2-1),测定频率经鉴频器将频率变化转换成电压幅值的变化，就可测得被测量的变化。,流量、位移传感器及应用,二、电容式传感器的测量电路和应用,任务2 掌握电容式传感器的应用,聚四氟乙烯外套,一、电容式液位计,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，引起棒状电极与导电液体之间的电容变大。,流量、位移传感器及应用,二、电容式传感器的测量电路和应用,任务2 掌握电容式传感器的应用,电容式液位限位传感器： 液位限位传感器
6、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（高）电平。,流量、位移传感器及应用,二、电容式传感器的测量电路和应用,任务2 掌握电容式传感器的应用,超限灯,正常工作指示灯,设定按钮,电源指示灯,智能化液位限位传感器的设定按钮,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。,智能化液位传感器的设定方法十分简单：,流量、位移传感器及应用,三、超声波的传播特性及应用,任务1 掌握超声波的传播特性,声波除包括频率从2020000Hz范围内能引起人耳听觉的可闻声波外，还包括有频率高
7、于20000Hz的超声波和频率低于20Hz的次声波。 超声波的指向性很好，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，与光波的反射、折射特性就越接近。,流量、位移传感器及应用,超声波的传播特性： 1.传播速度： 式中， 为超声波的波长， 为超声波的频率。 2.超声波的衰减：通过同种介质时，超声波随着传播距离的增加，其强度因介质吸收能量而衰减。 （超声波在气体中衰减很快，当频率较高时衰减更快。因此，超声波仪器主要用于固体和气体中。）,三、超声波的传播特性及应用,
8、任务1 掌握超声波的传播特性,流量、位移传感器及应用,三、超声波的传播特性及应用,任务2 掌握超声波的应用,超声波传感器的特性：具有小角度，小盲区，测量准确，无接触，防水，防腐蚀，低成本等优点。可用于液位，物位检测，可保证在液面有泡沫或大的晃动，不易检测到回波的情况下有稳定的输出。 超声检测是一种无损检测，广泛用于金属构件、混凝土制品、塑料制品、陶瓷制品的探伤及厚度检测，以及流量、流速检测和防盗报警等许多领域。,流量、位移传感器及应用,三、超声波的传播特性及应用,任务2 掌握超声波的应用,ERW管材焊缝超声检测系统,流量、位移传感器及应用,超声波测量液位原理： 在液罐上方安装空气传导型超声发射
9、器和接收器，超声波传感器发射出的超声波在液面被反射，经过时间t后，接收器接收到从液面反射回的回音脉冲，这样探头到液面的距离L由下式可得：,三、超声波的传播特性及应用,任务2 掌握超声波的应用,C为超声波在空气中的传播速度，t为从发出超声波到接收到超声波的时间。,(3-1),流量、位移传感器及应用,三、超声波的传播特性及应用,任务2 掌握超声波的应用,超声波测量液位和物位原理图,流量、位移传感器及应用,三、超声波的传播特性及应用,任务2 掌握超声波的应用,喇叭形超声发生器,流量、位移传感器及应用,时间差法测量流量,超声波流量计应用案例分析：,任务1 超声波传感器的应用案例分析,四、超声波传感器的
10、应用案例分析,流量、位移传感器及应用,四、超声波传感器的应用案例分析,任务1 超声波传感器的应用案例分析,超声波流量计应用案例分析：,时间差法测量流量原理：在被测管道上下游的一定距离上，分别安装两对超声波发射和接收探头（F1，T1）、（F2，T2），其中F1，T1的超声波是顺流传播的，而F2，T2的超声波是逆流传播的。由于这两束超声波在液体中传播速度的不同，测量两接收探头上超声波传播的时间差t，可得到流体的平均速度及流量。,流量、位移传感器及应用,频率差法测量流量,超声波流量计应用案例分析：,任务1 超声波传感器的应用案例分析,四、超声波传感器的应用案例分析,流量、位移传感器及应用,频率差法测
11、量流量原理： F1、F2是完全相同的超声探头，安装在管壁外面，通过电子开关的控制，交替地作为超声波发射器与接收器用。首先由F1发射出第一个超声脉冲，它通过管壁、流体及另一侧管壁被F2接收，此信号经放大后再次触发F1的驱动电路，使F1发射第二个声脉冲。紧接着，由F2发射超声脉冲，而F1作接收器，可以测得F1的脉冲重复频率为f1。同理可以测得F2的脉冲重复频率为f2。,四、超声波传感器的应用案例分析,任务1 超声波传感器的应用案例分析,超声波流量计应用案例分析：,流量、位移传感器及应用,顺流发射频率f1与逆流发射频率f2的频率差f与被测流速v成正比。,四、超声波传感器的应用案例分析,任务1 超声波
12、传感器的应用案例分析,超声波流量计应用案例分析：,(4-1),式中为两超声探头的连线与管道轴线之垂直线的夹角，d为管道直径。,上式说明 与流速v成正比而与声速无关，从而消除了声速随介质温度变化而造成的测量误差。同时，可得体积流量,(4-2),所以只要测得 就可以得出 。,流量、位移传感器及应用,频率差法测流量的最大优点是不受声速的影响，即不必对因流体温度改变而引起的声波的变化进行补偿，因此是常用的方法。,超声波流量计应用案例分析：,任务1 超声波传感器的应用案例分析,四、超声波传感器的应用案例分析,流量、位移传感器及应用,超声波流量计应用案例分析：,任务1 超声波传感器的应用案例分析,四、超声
13、波传感器的应用案例分析,发射、接收探头也可以安装在管道的同一侧,发射、接收探头也可以安装在管道的同一侧,超声波流量计应用案例分析：,任务1 超声波传感器的应用案例分析,四、超声波传感器的应用案例分析,同侧式超声波流量计的使用,流量、位移传感器及应用,超声波流量计应用案例分析：,任务1 超声波传感器的应用案例分析,四、超声波传感器的应用案例分析,超声波流量计现场使用,流量、位移传感器及应用,流量、位移传感器及应用,超声波流量计可测任何液体的流量，特别是腐蚀性、高黏度、非导电液体的流量。也可测量大口径管水流量以及海水流速等。,超声波流量计应用案例分析：,任务1 超声波传感器的应用案例分析,四、超声波传感器的应用案例分析,
