工業(yè)生產(chǎn)料位測量

1、重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院 傳感器實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)題目 :工業(yè)生產(chǎn)料位測量級(jí):*名:*號(hào):*電工電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)中心工業(yè)生產(chǎn)料位測量方案的設(shè)計(jì)在工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)過程中，為了實(shí)現(xiàn)安全快速有效優(yōu)質(zhì)的生產(chǎn)，經(jīng)常需要對(duì) 料位進(jìn)行精確測量，繼而進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)、智能控制使生產(chǎn)結(jié)果更趨完善。通常進(jìn)行料位測量的方法有二十多種，分為直接法和間接法。直接料位測量 法是以直觀的方法檢測液位的變化情況，如玻璃管或玻璃板法。然而隨著工業(yè)自 動(dòng)化規(guī)模的不斷擴(kuò)大，因其方法原始、就地指示、精度低等逐漸被間接測量方法 取代。目前國內(nèi)外工業(yè)生產(chǎn)中普遍采用間接的料位測量方法，如浮子式、液壓式、電容法、超聲波法、磁致伸縮式、光纖等。其中電容式料位測量

2、價(jià)格低廉、結(jié)構(gòu) 簡單，是間接測量方法中最常用的方法之一、結(jié)構(gòu)簡介在柱形電容器的極板之間，充以不同高度的介質(zhì)時(shí)，電容量的大小也會(huì)有所 不同。因此，可通過測量電容量的變化來檢測液位。上圖是一種由兩個(gè)同軸圓筒極板組成的電容器， 在兩圓筒之間充以介電常數(shù)為的介質(zhì)時(shí)，則兩圓筒間的電容量表達(dá)式為C02二；oLLnD式中L為兩極板相互遮蓋部分的長度；d與D分別為圓筒形內(nèi)電極的外徑和 外電極的內(nèi)徑；0為兩電極間介質(zhì)的介電常數(shù)。所以，當(dāng)D和d一定時(shí)，電容量C的大小與極板的長度L和介質(zhì)的介電常數(shù) ；。的積成比例。這樣，將電容傳感器（探頭）插入被檢測物料中，電極浸入物料 中的深度隨物位高低變化，必然引起電容量的變化

3、，從而可檢測出物位。傳感器的組成它主要是由細(xì)長的不銹鋼管（半徑為Ri ）、同軸絕緣導(dǎo)線（半徑為Ro ）以及其被測液體共同構(gòu)成的金屬圓柱形電容器構(gòu)成。 該傳感器主要利用其兩電極的 覆蓋面積隨被測液體液位的變化而變化 ，從而引起對(duì)應(yīng)電容量變化的關(guān)系進(jìn)行 液位測量。忽略邊緣效應(yīng)（L>>D，則液位為0時(shí)，2:2 瓏 0LCo D = k 0L ， （ K = D）Ln -Ln dd當(dāng)液位變化H時(shí),C =C0=C = K ；0L K(: - ；0) ：H因此，用此傳感器就可以把液位的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娙莸淖兓娐芳皽y量原理電容Ci、C2被加上一個(gè)可控高頻振蕩電源，振蕩角頻率保持恒定，高頻振蕩供電

4、電壓e(t)變化以保證(ii i2 Icom(常數(shù))，而(i2-ii)做為電路的輸出。因此：11 - cie(t)12 二 c2e(t)因?yàn)?ii ' i Gm = (Ci C2)e(t)故 e(t) = Icom /(Ci C2)i2 -ii 八(C2 -Ci)e(t)-Ci)lcom/(Ci c?)將Ci換居一固定電容，其電容值等于Co (即k%L)，將C2換成測量筒電容。這樣，當(dāng)液位為0時(shí)，ClC2，輸出為0;當(dāng)液位增加時(shí)，C2增加，電路輸出 增加。當(dāng)液位為H時(shí)，調(diào)整滿量程旋鈕，使電路輸出達(dá)滿量程電流。這樣，就把 液位的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娐份敵鲭娏鞯淖兓?。四、測量精度分析根據(jù)單元組合儀

5、表原理可知，電路理論輸出應(yīng)為:(ii i2)叢CC0 C0Cmax式中：Qmax為液位為H時(shí)電容變化最大值即K(；-；0)H 而實(shí)際輸出應(yīng)為：1 com(hi2)comCC0 +C0 + iC則誤差1 com1 com1 com .：CC cmax ：C)ECC =2C0 + 也C2C0 + 也Cmax(2C0 + AC)(2C0 + ACmax)lcom(0)2 ：H(H - ：H)將C0 =K ；0L、AC =K（ ； - ；0）.汨、厶Cmax =K（ ； - ；0）H 代入上式得:E =2&oL +(e s)也 H2&oL + (e &o)H故精度等級(jí)為EHm暑

6、100%五、誤差分析誤差來源主要包括：（1）溫度對(duì)結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)的影響（2）溫度對(duì)介電常數(shù)的影響（3）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中邊緣效應(yīng)的影響（4）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中采用絕緣材料的影響（5）寄生電容的干擾的影響六、影響液位測量的主要因素及解決方法（1）電容極板結(jié)構(gòu)對(duì)測量的影響增加初始值，可以使寄生電容和相對(duì)電容傳感器的電容量較小。電容極板板間距離大， 寄生電容大、精度低；板間距離小，寄生電容小、精度高。所以應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，選擇合適 的電容極板尺寸。另外電容傳感器的材料和電信號(hào)引線的選用，也會(huì)對(duì)液位測量的精度產(chǎn)生影響。（2）溫度對(duì)測量的影響在不同溫度下，傳感器所用材料都將發(fā)生不同程度的尺寸變化， 這些都將影響傳感器的 精

7、度。同時(shí)，各種介質(zhì)的介電常數(shù)也是隨溫度的變化而變化的。 所以應(yīng)當(dāng)選用適當(dāng)?shù)臏囟妊a(bǔ) 償電路，減小溫度帶來的影響。電容極板設(shè)計(jì)時(shí)需注意消除和減小邊緣效應(yīng)和寄生電容的影響，同時(shí)要保證平板電容良好的絕緣性能和抗外界干擾性。七、心得體會(huì)傳感器與測試技術(shù)是一門理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課， 也是一門綜 合性的技術(shù)基礎(chǔ)學(xué)科，它需要數(shù)學(xué)、物理學(xué)、電子學(xué)、力學(xué)、機(jī)械等知識(shí)，同時(shí) 還要掌握各種物理量的變換原理、各種靜態(tài)和動(dòng)態(tài)物理量（如力、振動(dòng)、噪聲、 壓力和溫度等） 的測定，以及實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析等方面所涉及的基礎(chǔ)理 論。許多測試?yán)碚摵头椒ㄖ挥型ㄟ^實(shí)際驗(yàn)證才能加深理解并真正掌握。 實(shí)驗(yàn)就是 使學(xué)生加深理

8、解所學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)， 掌握各類典型傳感器、 記錄儀器的基本原理和適 用范圍；具有測試系統(tǒng)的選擇及應(yīng)用能力；具有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和誤差分析能力； 得到基本實(shí)驗(yàn)技能的訓(xùn)練與分析能力的訓(xùn)練， 使學(xué)生初步掌握測試技術(shù)的基本方 法，具有初步獨(dú)立進(jìn)行機(jī)械工程測試的能力， 對(duì)各門知識(shí)得到融會(huì)貫通的認(rèn)識(shí)和 掌握，加深對(duì)理論知識(shí)的理解。測試技術(shù)實(shí)驗(yàn)課是本門課程的重要環(huán)節(jié)，其目的是培養(yǎng)學(xué)生的分析和解決 實(shí)際問題的能力， 從而掌握機(jī)械工程測試技術(shù)手段， 為將來從事技術(shù)工作和科學(xué) 研究奠定扎實(shí)的基礎(chǔ)。通過本門課程實(shí)驗(yàn)，以下能力得到了較大的提高：1、了解常用傳感器的原理和應(yīng)用，以及傳感器使用的注意事項(xiàng)及各種測試 中不同傳感器的