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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2018/10/31,#,PPT,模板下载：, 液,位检测,项目,六 液,位检测,目 录,1,任务,一 汽车,油箱的液位检测,2,任务二 高压,密闭容器的液位检测,项目,六 液,位检测,学习目标,能掌握电容式传感器三种类型的工作原理及特性。,能理解电容式传感器的几种测量电路。,能掌握超声波的概念和传播特性等。,能理解超声波传感器的工作原理。,能理解电容式传感器和超声波传感器的应用电路。,任务,一 汽车,油箱的液位检测,任务提出,各种,汽车、飞机的仪表盘上都有油箱油量的指示表，它是驾驶员要掌握的重要参数之一。检测油箱液位的高低就要用到液位传感器，通常采用电容式液位传感器来测量油箱液位。,任务,一 汽车,油箱的液位检测,相关知识,电容式,传感器是把被测非电量转换为电容量变化的一种传感器。它具有高阻抗、小功率、动态范围大、响应速度快、几乎没有零漂、结构简单、适应性强、可在恶劣的环境下使用等优点，但它具有分布电容影响严重的缺点。,任务一 汽车油箱的液位检测,一,、电容式,液位传感器的外形,电容式液位传感器的外形如图,6-1,所示，主要有棒式和缆式两种。,任务一 汽车油箱的液位检测,二、各种,电容式传感器的结构,各种电容式传感器的结构示意图如图,6-2,所示。,任务一 汽车油箱的液位检测,三,、电容式,传感器的工作原理,平板,式电容器是由两个金属极板、中间夹一层电介质构成的。若在两极板间加上电压，电极上就储存有电荷，所以电容器是一种储存电场能量的元件。,任务一 汽车油箱的液位检测,三,、电容式,传感器的工作原理,变,间隙式电容传感器如图,6-3,所示，两块极板中的一块为定极板，另一块为动极板，当动极板受被测量作用产生位移,d,时，改变了两极板间的距离,d,，从而使电容量,C,发生变化。这种传感器可以用来测量微小位移，测量范围为,0,01m0,1mm,之间。,（一,）变,间隙式电容传感器,任务一 汽车油箱的液位检测,三,、电容式,传感器的工作原理,变,面积式电容传感器的两块极板也是一块为定极板，另一块为动极板，当动极板受被测量作用产生位移时，它改变了两极板相互覆盖的有效面积，从而使电容量,C,发生变化。这种传感器可以用来测量厘米数量级的位移和测量角位移。,（二,）变,面积式电容传感器,任务一 汽车油箱的液位检测,三,、电容式,传感器的工作原理,1.,直线,位移型电容传感器,直线位移型变面积式电容传感器如图,6-4,所示。,（二,）变,面积式电容传感器,任务一 汽车油箱的液位检测,三,、电容式,传感器的工作原理,2,.,角位移,型电容传感器,角位移型电容传感器如图,6-5,所示。,（二,）变,面积式电容传感器,任务一 汽车油箱的液位检测,三,、电容式,传感器的工作原理,3,.,齿,形极板型电容传感器,（二,）变,面积式电容传感器,任务一 汽车油箱的液位检测,三,、电容式,传感器的工作原理,变,介电常数式电容传感器如图,6-6,所示。这种传感器可以用来测量湿度、物位和密度等。,（三,）变,介电常数式电容传感器,任务一 汽车油箱的液位检测,四,、电容式,传感器的测量电路,1,.,普通,交流电桥,普通,交流电桥要求提供幅值、频率稳定的交流电源，电源频率为被测信号最高频率的,510,倍，如图,6-7,所示。,初始状态,下，电桥平衡，输出电压为零。当电容,Co,有增量,C,时，电桥失去平衡，输出电压的幅值随,C,变化。,（一,）交流电桥,电路,任务一 汽车油箱的液位检测,四,、电容式,传感器的测量电路,2,.,变压器,电桥,变压器电桥如图,6-8,所示。,（一,）交流电桥,电路,任务一 汽车油箱的液位检测,四,、电容式,传感器的测量电路,运算放大器,式测量电路如图,6-9,所示。,（二,）运算放大器,式测量电路,任务一 汽车油箱的液位检测,四,、电容式,传感器的测量电路,双,T,电路如图,6-10a,所示,图中,VD1,、,VD2,为相同特性二极管，,R1,、,R2,为阻值相等的固定电阻，,RL,为负载电阻，,C1,、,C2,为差动电容，,u,为对称方波高频电源电压。,（三,）双,T,电路,任务一 汽车油箱的液位检测,四,、电容式,传感器的测量电路,脉冲调制,电路如图,6-11,所示，它利用传感器电容充放电，使电路输出脉冲的占空比随电容量变化而变化，再通过低频滤波器得到对应于被测量变化的直流信号。各点的输出波形如图,6-12,所示。,（四,）脉冲调制,电路,任务一 汽车油箱的液位检测,四,、电容式,传感器的测量电路,（四,）脉冲调制,电路,任务一 汽车油箱的液位检测,四,、电容式,传感器的测量电路,该,测量电路把电容式传感器与一个电感配合，构成一个谐振电路。当传感器工作时，电容量发生变化，导致振荡频率相应变化。再经过鉴频电路将频率的变化转换为振幅的变化，经放大器放大后再显示。其原理框图如图,6-13,所示。,（五,）调频,电路,任务一 汽车油箱的液位检测,任务实施,电容式,液位传感器不仅能测量腐蚀性液体，还能测量粉尘和固体颗粒，可用于制药、化工、食品等行业。如啤酒罐装机酒位测控、奶制品生产线液位测控、制药厂反应罐、油箱液位测量等。,一、合理,选择电容式液位传感器,任务一 汽车油箱的液位检测,一,、合理,选择电容式液位传感器,（一）主要技术指标,电源：,14,36V DC,。,输出信号：,4,20mA DC,。,精度：,0,5%FS,（标准条件下）。,探头长度：,0,1,3m,（刚性），,3,20m,（柔性）。,环境温度：,20,85,（标准型）。,电子舱防护等级：,IP66,。,电缆密封套电缆进线：,G1/2,。,电子舱材料：压铸铝。,任务一 汽车油箱的液位检测,一,、合理,选择电容式液位传感器,（二,）探头,类型及典型应用,探头类型及典型应用如表,6-1,所示。,任务一 汽车油箱的液位检测,一,、合理,选择电容式液位传感器,（三,）探头,的选择,选用带同轴接地管全绝缘探头。,任务一 汽车油箱的液位检测,二,、正确,使用电容式液位传感器,（一,）电容式,油量表工作原理,电容式,油量表原理示意图如图,6-14,所示，它由电桥电路、放大器、两相电机、指针等部件组成。电容式传感器,CX,接入电桥作为一个臂，,C0,为固定的标准电容器，,RP,为调整电桥平衡的电位器，其电刷与指针同轴连接，该轴由两相电机经减速器带动。当油箱无油时，电容传感器有最小初始电容量,CX,CX0,，此时调,RP,为零，由于,CXC0=R2R1,，电桥平衡，无输出，伺服电机不转，油量表指针,0,。,任务一 汽车油箱的液位检测,二,、正确,使用电容式液位传感器,（一,）电容式,油量表工作原理,任务一 汽车油箱的液位检测,其他案例,（一,）电容式位移传感器,电容式位移传感器,结构如图,6-15,所示，它是差动变面积式结构。当测量杆受被测位移带动活动电极移动时，改变了动电极与两定电极的相互遮盖面积，使两电容值变化。因变面积型电容传感器的线性特性，这种传感器的线性度很好。,任务一 汽车油箱的液位检测,其他案例,（二,）电容式,压力传感器,1,.,电容式,压力传感器的结构,电容式,压力传感器的结构如图,6-16,所示，由一个金属膜片动极板和两个在凹形玻璃圆盘上电镀成的定极板组成。它是一种差动变间隙式的结构。,任务一 汽车油箱的液位检测,其他案例,（二,）电容式,压力传感器,2.,电容式,压力传感器的工作原理,电容式,压力传感器的原理框图如图,617,所示。,任务一 汽车油箱的液位检测,其他案例,（三,）电容式,厚度传感器,在,板材轧制过程中，要对金属板材的厚度进行在线检测，如图,6-18,所示，采用了电容式厚度传感器来测厚。,在,被测带材的上下两侧各放置一块面积相等且与被测带材距离相等的极板，并用导线把两块极板连接起来作为电容的定极板，被测带材作为动极板，这样相当于两个电容并联。当带材轧制过程中，厚度发生变化时，极板间距（位移）发生变化，引起两电容量发生变化，从而实现在线检测。,任务一 汽车油箱的液位检测,其他案例,（三,）电容式,厚度传感器,任务一 汽车油箱的液位检测,其他案例,（四,）电容式,振动位移传感器,电容式振动位移传感器如图,6-19,所示，它是动态非接触式测量振动和位移。,任务一 汽车油箱的液位检测,其他案例,（五,）电容式,加速度传感器,如,图,6-20,所示为电容式加速度传感器的示意图，上下两个定极板与壳体绝缘，质量块由弹簧片支撑在壳体内，两个平整的端面作为动极板分别与两个定极板构成差动电容,C1,和,C2,。测量时，传感器外壳固定在被测振动体上，随被测物一起振动，质量块相对壳体运动，使得电容,C1,和,C2,差动变化，电容的变化量正比于质量块的惯性力，而在一定频率范围内，惯性力正比于被测振动加速度。,任务一 汽车油箱的液位检测,其他案例,（五,）电容式,加速度传感器,任务一 汽车油箱的液位检测,其他案例,（六,）电容式,料位传感器,电容式,料位传感器结构如图,6-21,所示。检测物料为非导电介质，电极安装在罐顶，在电极与管壁之间形成了一个电容器。当罐内注入物料时，电容的介电常数发生变化，从而导致电容量的变化，变化的大小与罐内被测物料的高度成比例关系。这样只要检测出电容的变化值就可测得物料的高度了。,任务一 汽车油箱的液位检测,其他案例,（六,）电容式,料位传感器,任务一 汽车油箱的液位检测,其他案例,（七,）电容式,荷重传感器,如,图,6-22,所示为电容式荷重传感器的原理结构图。在浇铸特性好、弹性极限高的镍铬钼特种钢块上，开一排同高度、等间距且平行的圆孔，每个圆孔的内壁用黏结剂固定两个截面为,T,形的绝缘体，保持其相对面并留有一定间隙，在此相对面上粘贴铜箔作为电容器的两个极板。当钢块端面承受荷重,F,而使圆孔变形时，每个电容器极板间的距离变小，电容量增大。在测量电路中将所有电容并联，电容总变化量正比于被测平均荷重,F,。,任务一 汽车油箱的液位检测,其他案例,（七,）电容式,荷重传感器,任务一 汽车油箱的液位检测,训练一下,大家,都用过收音机，请你打开收音机后盖，观察和思考一下，收音机调节电台的旋钮是调节了什么器件来改变电台的呢？它的工作原理是怎样的呢？,任务,二 高压,密闭容器的液位检测,任务,提出,在,工业生产中，经常会使用各种密闭容器来储存高温、有毒、易挥发、易燃、易爆、强腐蚀性等液体介质，对这些容器的液位检测必须使用非接触式测量，一般采用超声波液位传感器。,任务,二 高压,密闭容器的液位检测,相关知识,超声波,是一种机械波，它方向性好，穿透力强，遇到杂质或分界面会产生显著的反射。利用这些物理性质，可把一些非电量转换成声学参数，通过压电元件转换成电量。超声波传感器就是利用超声波的特性，将非电量转换为电量的测量元件。超声波传感器又称为超声波换能器或超声波探头。,任务二 高压密闭容器的液位检测,一,、超声波传感器,的外形、 结构和特性,（一,）超声波传感器,的外形,超声波传感器的外形如图,6-25,所示。,任务二 高压密闭容器的液位检测,一,、超声波传感器,的外形、 结构和特性,（二,）超声波传感器,的结构和符号,超声波传感器,按其工作原理可分为压电式、磁致伸缩式和电磁式等，在实际使用中，以压电式最为常用。压电式超声波传感器的内部结构如图,6-26,所示，主要由压电陶瓷晶片、锥形共振盘、底座、引脚、金属网和外壳等组成。,任务二 高压密闭容器的液位检测,一,、超声波传感器,的外形、 结构和特性,（三,）,超声波传感器的特性,超声波传感器,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，可应用于液位，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。,任务二 高压密闭容器的液位检测,一,、超声波传感器,的外形、 结构和特性,（三） 超声波传感器的特性,检测距离：,330m,不同规格。,盲区：,0,25m,。,超声波工作频率：,75kHz,。,重复精度：,0,5%,。,输出速度：,5,次,/s,。,波束角（,-6DB,）：,15,。,工作电压：,12,15VDC,（纹波,200mVpp,）。,工作电流：,100 MA,。,输出：,4,20 MA,（三线）,仪表阻抗,250,。,工作温度：,-30,70,（带温度补偿） 。,任务二 高压密闭容器的液位检测,二,、超声波,的特性,（一,）声波,与超声波,波,是振动在弹性介质中的传播。发声体的机械振动会引起周围弹性介质中质点的振动，并由近及远地传播，这就是波。,振动频率,在,16Hz,20kHz,之间，能为人耳所闻的机械波称为声波；频率超过,20kHz,的机械波称为超声波；低于,16Hz,的机械波称为次声波。检测中常用的超声波频率范围为几十千赫兹到几十兆赫兹。,任务二 高压密闭容器的液位检测,二,、超声波,的特性,（二,）超声波,的传播特性,超声波,的传播速度与波长及频率成正比，即声速为：,任务二 高压密闭容器的液位检测,二,、超声波,的特性,（二,）超声波,的传播特性,当超声波通过两种不同的介质时，产生反射和折射现象。但当它由气体传播到液体或固体中，或由固体、液体传播到气体中时，由于介质密度相差太大而几乎全部发生反射。,当超声波通过同种介质时，随着传播距离的增加，其强度因介质吸收能量而衰减。,任务二 高压密闭容器的液位检测,三,、超声波传感器,的工作原理,超声波传感器,有发送器和接收器，但一个探头也可兼有发射和接收。它是利用压电效应的原理制作的。所谓压电效应是当一定方向的外力作用在已极化的压电陶瓷片上时，在其表面产生电荷的现象，这也称为正压电效应。相反，在极化方向上施加电场，它会产生机械变形，外加电场去除，机械变形消失的现象称为逆压电效应。,任务二 高压密闭容器的液位检测,四,、超声波,探测用耦合剂,超声波,探头与被测物体接触时，探头与被测物体表面间存在一层空气薄层，空气将引起三个界面间强烈的杂乱反射波，造成干扰；而且空气的密度很小，将对超声波造成很大的衰减。因此，必须将接触面之间的空气排挤掉，使超声波能顺利地入射到被测介质中。,任务二 高压密闭容器的液位检测,任务实施,一,、合理,选择超声波传感器的类型,根据,密闭罐的检测要求，结合超声波传感器相关知识，选用超声波液位传感器进行检测。,任务二 高压密闭容器的液位检测,二,、正确,使用超声波液位传感器,（一,）超声波,液位传感器的应用条件,1.,介质,纯净度,液体,中不能充满密集气泡。,液体,中不能悬浮大量固体，如结晶物。,容器,底部不能沉积大量泥沙及沉淀物。,任务二 高压密闭容器的液位检测,二,、正确,使用超声波液位传感器,（一,）超声波,液位传感器的应用条件,2.,介质,黏度,动力黏度,10mPas,时正常测量。,10mPas,动力黏度,30mPas,时不能测量。,注,：随,温度升高黏度降低，大部分高黏度的液体受温度影响更为明显，所以在测量有黏度液体时需注意液体温度的影响。,任务二 高压密闭容器的液位检测,二,、正确,使用超声波液位传感器,（一,）超声波,液位传感器的应用条件,3,.,被,测容器,（,1,）材质,安装测量探头处的容器壁要求用能够良好传递信号的硬质材料制成，如碳钢、不锈钢、各种硬金属、玻璃钢、硬质塑料、陶瓷、玻璃、硬橡胶等材料或其复合材料等,。,（,2,）壁厚 壁,厚为,2,70mm,。,（,3,）罐型 罐,型为球罐、卧罐、立式罐等。,任务二 高压密闭容器的液位检测,二,、正确,使用超声波液位传感器,（二,）安装,要求,1,.,安装,示意图,安装示意图如图,6-28,所示。,任务二 高压密闭容器的液位检测,二,、正确,使用超声波液位传感器,（二,）安装,要求,2.,探头,安装要求,对于,铁质容器可以给探头工作端面涂上硅脂并用磁性吸盘将其直接贴在容器底部即可；若容器外壳是玻璃等其他材料，可以用胶将探头粘贴固定或用支架固定于容器底部。探头指向必须与所测距离在同一直线上。,探头,正上方应无盘管等遮挡物。,远离,罐底进液口，以避免进液剧烈流动对测量的影响,。,任务二 高压密闭容器的液位检测,二,、正确,使用超声波液位传感器,（二,）安装,要求,远离,罐顶进液口下方位置，以避免进液冲击使液面剧烈波动影响测量。,高于,出液口或排污口，以避免罐底长期沉积污物对测量的影响，如不满足条件，则应定期清除罐底污物。,液,位测量头用磁性或焊,/,粘接固定方式安装时，容器壁上的安装表面尺寸应不,小于,80,的圆面，表面粗糙度应,达到,1.6,，,倾斜度应小于,3,（旁通管除外）。,任务二 高压密闭容器的液位检测,二,、正确,使用超声波液位传感器,（,三,）工作,原理,如图,6-29,所示，在液罐下方安装了超声波发射器和接收器。,任务二 高压密闭容器的液位检测,其他案例,（一,）超声波,测厚度,超声波,测厚度常采用脉冲回波法，如图,6-30,所示。超声波探头与被测物表面接触，主控制器产生一定频率的脉冲信号送往发射电路，经电流放大后激励压电式探头产生超声波脉冲。超声波传到被测工件另一面被反射回来，又被同一探头接收。,任务二 高压密闭容器的液位检测,其他案例,（一,）超声波,测厚度,任务二 高压密闭容器的液位检测,其他案例,（二,）超声波,无损探伤,超声波,无损探伤采用超声直探头，检测时将探头放置在被测工件上，并在工件表面来回移动。探头发射出超声波，以垂直方向在工件内部传播。如果传播路径上没有缺陷，超声波到达底部便产生反射，荧光屏上出现始波脉冲,T,和底部脉冲,B,，如图,6-31a,所示,。,任务二 高压密闭容器的液位检测,其他案例,（二,）超声波,无损探伤,任务二 高压密闭容器的液位检测,其他案例,（二,）超声波,无损探伤,如果,工件有缺陷，一部分脉冲将会在缺陷处产生反射，另一部分则连续传播到达工件底部产生反射，因而在荧光屏上除始波脉冲,T,和底部脉冲,B,外，还出现缺陷脉冲,F,，如图,6-31b,所示。荧光屏上水平扫描线为时基线，事先调整其长度，使长度与工件的厚度成正比，根据缺陷脉冲在扫描时基线上的位置便可确定缺陷在工件中的深度。,任务二 高压密闭容器的液位检测,其他案例,（三,）超声波,测流量,用,超声波测流量对被测流体不产生附加的阻力，测量结果不受流体物理和化学性质的影响。不论是非导电的流体，还是高黏度的流体、浆状流体，只要能传输超声波的流体都可以测量。,任务二 高压密闭容器的液位检测,训练一下,读,懂如图,6-33,所示超声波遥控开关电路的工作原理，试着制作此遥控开关。图,6-33a,为超声波发射电路，,VT1,、,VT2,、,R1,、,R2,、,C1,、,C2,构成自激多谐振荡器，超声波发射器,B,接在,VT1,和,VT2,基极上，,B,的共振频率使多谐振动电路触发。回路时间常数由,R1,、,C1,和,R2,、,C2,确定。,任务二 高压密闭容器的液位检测,训练一下,任务二 高压密闭容器的液位检测,训练一下,图,6-33b,为接收电路，超声波接收器,B,将接收到的超声波转换为相应的电压信号，经高输入阻抗场效应晶体管,VF,和三极管,VT1,两级放大后，由,VD1,和,VD2,进行半波整流变为直流信号，经,C4,积分后的电压使三极管,VT2,导通，其集电极输出负跳变脉冲触发,JK,触发器，使其输出状态翻转，从而使继电器线圈,KA,得电或失电，导致,KA,的常开触点,K,闭合或断开，达到遥控用电器,HL,的目的。,
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