在28TH.1979年3月,在美国的三英里岛核电站,部分核心融化在#2反应堆中。TMI-2反应器被破坏。事故的原因是辅助冷却回路中的小故障,其允许初级冷却剂中的温度升高。这导致反应器自动关闭。这种情况发展是因为在检测到罐顶部附近的冷却水的存在时,电平控制关闭了电抗器。顶部的水不是因为坦克完全填补了,这是因为水罐中的水太少,它被煮沸并膨胀到坦克的顶部。
事件是表示重要性的一个例子流体水平传感器和他们的正常运作。它们不仅在核植物中很重要,而且很重要。每辆车,卡车和摩托车都配备了一个燃油电平传感器测量油箱中剩余的汽油量。此外,还有用于测量发动机机油、制动液/动力转向液、冷却水、挡风玻璃清洗液等液位的传感器。工业应用包括水处理罐、运输罐和储罐中的液位传感,以及石油化工行业中的液体(如汽油)液位传感,液位测量在家用设备中非常重要,如自动咖啡机、饮水机、榨汁机、水蒸发器、蒸汽机、冰箱和冰柜、锅炉、加热系统、洗碗机、洗衣机、蒸汽熨斗等。
简而言之,等级传感器是非常重要的传感器之一,在各种消费/工业应用中发挥着非常重要的作用。与其他类型的传感器一样,液位传感器可用,或者可以使用各种传感原理进行设计。选择适当类型的传感器适应应用需求是非常重要的。
图1:显示水平传感器的图像
什么是液位传感器
市场上提供广谱的传感器,并且通常根据传感器的特定应用分类。用于测量湿度的传感器被称为湿度传感器,用于测量压力的那个被称为压力传感器,用于测量位移的传感器被称为位置传感器等等,尽管他们可能都使用类似的传感原理。以类似的方式,传感器用于液位测量被称为级别传感器。
从它的名字上看很明显,液位传感器用于测量自由流动物质的水平。这些物质包括水,油,浆料等液体以及颗粒/粉末形式的固体(可以流动的固体)。由于重力,这些物质倾向于在容器罐中沉淀并保持其水平在休息状态。级别传感器测量其对预先设置的电平。
分类
基于传感点的分类
根据要感测流体(或流体固体)的位置的位置的数量,水平传感器可以在三类中广泛分类:
1。单点电平传感器- 使用传感器,其中仅在单个位置感测流体水平。
图2:显示单点电平传感器的图
2。多点电平传感器- 这些传感器用于在位置单位位置的数量处被感测流体水平。
图3:显示多点电平传感器的图
3。连续等级传感器- 使用这些传感器,其中所有位置的流体水平都被感测到
图4:显示连续电平传感器的图
基于传感原则的类别
使用各种感测原理用于测量液体,流体固体,浆料等。这些是下面解释的
·浮子液位传感器
在这些水平传感器中,浮子与液面移动。浮子通过弹簧连接到芯。磁性簧片开关安装在气密密封的芯中,并且芯在阀杆内移动,浮动运动。茎是通过强大的磁铁包围的。随着浮动升高或用液体水平降低,由于磁体产生的磁场,簧片开关被操作。
图5:解释浮子级别传感器原理的图
图6:显示浮子级别传感器的不同部分的图像
这些传感器也通过保持阀杆和芯(带磁性簧片开关)固定并制造可移动浮动的磁体部分来设计。对于多点电平传感器,使用多个磁体/多个簧片开关(根据设计)。
传感器的原理(浮子与液位移动)可以耦合到表盘仪。使用浮力,可以形成视觉液位指标。
电阻的,电容的
·电阻级别传感器
可变电阻广泛用于燃料电平传感。刮水器,连接到具有浮动的杠杆臂,在连续电阻轨道上移动。
图7:显示用于燃油电平传感的电阻电平传感器的图
传感器适用于电位测量原理。电流是流过阻力。电压在这种电阻上线性降低。这种电阻的滑块连接到浮动。在滑块和电阻的一端之间取电压输出。因此,利用不同的流体水平,滑块移动并且输出电压变化。
这种类型的变体使用测量液体的电导率。电流脉冲通过传感器电极(与罐或外管电绝缘)发送。当传感器电极浸入导电液体中时,产生电连接。电势与液位成比例,并通过反电极或罐壁测量。它用于连续填充水平测量,适用于所有电气导电液体。
·电容电平传感器
由于电容取决于板之间的重叠区域,板之间的距离和板之间的介电材料,其中中的任何一个可以变化以设计有用的电容传感器。
最简单的一个电容式液位传感器如图所示。它包括浸入水平的液体中的两个同心管。由于板之间的重叠区域和板之间的距离是固定的,因此电容成为板之间的电介质的函数,即,两个同心管之间的流体。随着流体水平的变化,电容也变化。该电容成为流体水平的功能。
图8:显示带有同心管的典型电容式液位传感器的图像
该传感器的另一个变型是使用平行板而不是同心管的变型。在这种情况下,流体水平的变化将改变有效的介电常数等板之间的电容。
图9:图像显示具有平行板的典型电容式流体水平传感器
压力、霍尔效应、超声波
·基于压力的电平传感器
压力被定义为每单位面积的力。在任何深度处的压力在静态流体中等于作用在该深度的单位区域上的液体的重量加上作用在液体表面上的压力。基于压力测量的水平测量也称为静液压罐测量。
这取决于两个压力之间的差值等于液体高度乘以比重的原理。因此,液体容器底部的力仅取决于液位高度,因此,根据测量的静水压力和液体比重,液位测量值为保证已执行。
图。10
由于这些用于腐蚀性液体/水的水平测量等,因此应确定传感元件的化学兼容性。此外,由于比重不同,必须单独校准传感器。
·基于霍尔的水平传感器
大厅的电平传感器已经设计成各种配置。旋转杆传感器如下图所示。
图11:显示基于霍尔效应的旋转电平传感器的图
线性霍尔传感器放置在径向磁化环磁体的中心,由软铁磁体包围以引导通量。霍尔传感器仅测量磁场的垂直分量。因此,当环与杠杆一起移动时,由霍尔传感器测量的磁场的分量变化。因此,霍尔传感器的输出变成了流体水平的函数。
图12:表示霍尔传感器输出的图表作为流体水平的功能
霍尔传感器可用于垂直浮动系统。根据需要是否需要连续或离散水平测量,霍尔传感器阵列可以放置在所需点。磁铁成为浮子的一部分。因此,随着浮子的运动,霍尔传感器的输出将变化。
图13:显示垂直浮点系统中使用的霍尔传感器的图像
基于霍尔的传感器提供良好的可靠性,小尺寸,宽的工作电压,并以相对较低的成本提供。所有这些功能使它们在各种其他传感器之间使它们非常有吸引力。
·超声波水平传感器
超声电平仪器在使用声波的基本飞行时间原理上运行,以确定液体/固体/浆液水平。
超声电平传感器包括两个元件;高效传感器和相关的电子收发器。测量透射超声波脉冲和反射回声之间的完整返回速度时间以确定流体水平。
超声波方法的频率范围在15 ... 200 KHz的范围内。较低频率的仪器用于更困难的应用;例如,较长的距离和固体电平测量和具有更高频率的距离较短的液位测量。
它们可以用作单点水平传感器或连续等级传感器
图14:图像基于使用声波的飞行时间原理的超声电平传感器的图像
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雷达水平,光学
·雷达液位传感器
雷达水平传感器与超声波层面非常相似;两者之间只有区别是使用频率。雷达电平测量还基于测量微波脉冲的传输和反射回波之间经过的时间的原理。
范围分辨率和频率是两个关键参数,在选择这些传感器时应该考虑。这种传感器的准确性依赖于应用,天线及其安装,以及信号处理软件的质量。
·光学传感器
它是一种接触式传感器,采用光学反射原理。传感器容纳红外LED和IR光电探测器。从LED发出的光被引入棱镜;棱镜形成传感器的尖端。只要棱镜与液体接触,就会被反射回接收器。然而,当棱镜浸入棱镜中时,光被折射到液体中,因此很少或没有光到达接收器。因此,基于反射光的量,感测液体的存在或不存在。
·外部传感器
EXOSENSE™传感器(来自GEMS传感器和控制器)采用采用压电材料的专有传感器技术。当强化压电材料时,它产生作为材料的自然共振的函数的声学信号。外消声传感器产生该声信号,将其引导通过瓶壁并感测反射脉冲。
反射的能量大小取决于所用材料的“声阻抗失配”。例如,如果声音通过两种具有相似声阻抗的材料,则反射的能量很小。如果声音通过两种阻抗值不同的材料,大部分声能将被反射。声阻抗失配为液位检测提供了依据。
选择传感器
选择水平
传感器
存在广泛的商业解决方案可用于位置感应和水平传感。在可用的选项中,设计人员可以选择最佳技术,以满足其商业和工程目标。但这也产生了充足的问题。
充足的问题,即太多选择的可用性经常混淆设计师,而不是促进他们。电平传感,可以使用这么多不同的技术进行位置感测,可以使用这么多不同的技术 - 电感,电容,机械,磁电阻,霍尔效应,光学等。列表并不穷。多个解决方案可能是特定应用的可行解决方案,并且这就是混乱所产生的地方。
·选择传感器时必须询问问题数量
·所需的级别感应点
·测量范围
·是电导地测量的材料吗?
·传感器是否放置在材料内或可以是外部的?
·材料是固体还是液体?
·所需测量类型-接触式还是非接触式?
·可接受的准确性,精度和分辨率
·工作温度范围
·输出类型 - 模拟,数字等
所有这些都需要确定选择适当的传感技术。当然,回答这些问题不是一项直接的任务。但这就是系统设计师的技能集进行测试的地方。
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