水位報(bào)警器 畢業(yè)論文

1、鄭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）傳感器在太陽(yáng)能熱水器水位報(bào)警器中的應(yīng)用系 別： 電氣電子工程系 學(xué)生姓名： 專業(yè)班級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 2012 年 4 月 25 日I獨(dú)創(chuàng)性聲明 本人聲明所呈交的畢業(yè)論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中已經(jīng)標(biāo)明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果。對(duì)本文的研究做出貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。論文作者簽名： 日期： 2012年 4月 25日畢業(yè)論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū) 本畢業(yè)論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用畢業(yè)論文的規(guī)定，即：學(xué)校有權(quán)保

2、留并向有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)鄭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院要以將本論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本論文。 保密，在_年解密后適用本授權(quán)書(shū). 本論文屬于 不保密。（請(qǐng)?jiān)谝陨戏娇騼?nèi)打“”）畢業(yè)論文作者簽名：孫超 指導(dǎo)教師簽名：日期：2012年4月 25日 日期： 年 月 日摘 要近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對(duì)生活熱水器的需求日益增加，太陽(yáng)能熱水器便是太陽(yáng)能成果應(yīng)用中的產(chǎn)業(yè)。它為百姓生活提供環(huán)保，安全節(jié)能，衛(wèi)生的熱水。太陽(yáng)能熱水器就是吸收太陽(yáng)輻射的熱能，加熱冷水供給人們的生活使用，然而

3、太陽(yáng)能熱水器一般都設(shè)在室外房屋的高處，熱水器的水位在使用過(guò)程中不易觀測(cè)，使用水位報(bào)警器后，則可實(shí)現(xiàn)水箱中缺水或者加水過(guò)多時(shí)自動(dòng)發(fā)出聲光報(bào)警。太陽(yáng)能熱水器水位報(bào)警器是利用導(dǎo)電式水位傳感器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制這一功能的。關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能熱水器；水位報(bào)警器；傳感器。目 錄第一章 傳感器概述（1）第一節(jié) 傳感器技術(shù)（1）第二節(jié) 傳感器的定義及作用（1）第三節(jié) 傳感器的特性（2）第四節(jié) 傳感器的分類（4）第二章 液位傳感器的概述（5）第一節(jié) 液位傳感器（5）第二節(jié) 導(dǎo)電式液位傳感器的基本工作原理（5）第三章太陽(yáng)能熱水器水位報(bào)警器（8）第一節(jié) 工作電源指示（8）第二節(jié) 基本工作原理（8）全文總結(jié)（11）參

4、考文獻(xiàn)（12）致 謝（13）鄭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第一章 傳感器概述第一節(jié) 傳感器技術(shù) 世界是由物質(zhì)組成的，各種事物都是物質(zhì)的不同形態(tài)。表征物質(zhì)特性或運(yùn)動(dòng)形式的參數(shù)很多，根據(jù)物質(zhì)的電特性，可分為電量和非電量。電量一般是指物理學(xué)中的電學(xué)量，例如電壓，電流，電阻及電感等；非電量則指除電量以外的一些參數(shù)，例如壓力，尺寸，位移量，重量，力，速度，溫度等等。人類為了認(rèn)識(shí)物質(zhì)及事物的本質(zhì)，需要對(duì)物質(zhì)特性進(jìn)行測(cè)量，其中大多數(shù)是對(duì)非電量的測(cè)量。 非電量的測(cè)量是不能直接使用一般的電工儀表和電子儀器測(cè)量，因?yàn)橐话愕碾姽x表和電子儀器只能測(cè)量電量，要求輸入的信號(hào)為電信號(hào)。非電量需要轉(zhuǎn)換成與非電量有一定關(guān)

5、系的電量，再進(jìn)行測(cè)量。實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換技術(shù)的器件被稱為傳感器。采用傳感器技術(shù)的非電量測(cè)量方法，就是目前應(yīng)用最廣泛的測(cè)量技術(shù)。當(dāng)今信息時(shí)代，隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展和微處理器的廣泛應(yīng)用，自動(dòng)檢測(cè)，自動(dòng)控制技術(shù)顯露出非凡的能力，而大多數(shù)設(shè)備只能處理電信號(hào)，也就需要把被測(cè)，被控非電量的信息通過(guò)傳感器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。所以，有人把計(jì)算機(jī)比喻成一個(gè)人的大腦，傳感器則是人的五官?？梢?jiàn)，傳感器是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。第二節(jié)傳感器的定義及作用 傳感器的定義：能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。傳感器是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將檢測(cè)

6、感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。人們?yōu)榱藦耐饨绔@取信息，必須借助于感覺(jué)器官。而單靠人們自身的感覺(jué)器官，在研究自然現(xiàn)象和規(guī)律以及生產(chǎn)活動(dòng)中它們的功能就遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠了。為適應(yīng)這種情況，就需要傳感器。因此可以說(shuō)，傳感器是人類五官的延長(zhǎng)，又稱之為電五官。 新技術(shù)革命的到來(lái)，世界開(kāi)始進(jìn)入信息時(shí)代。在利用信息的過(guò)程中，首先要解決的就是要獲取準(zhǔn)確可靠的信息，而傳感器是獲取自然和生產(chǎn)領(lǐng)域中信息的主要途徑與手段。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)尤其是自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中，要用各種傳感器來(lái)監(jiān)視和控制生產(chǎn)過(guò)程中的各個(gè)參數(shù)，使設(shè)備工作在正常狀態(tài)或最佳狀態(tài)，并

7、使產(chǎn)品達(dá)到最好的質(zhì)量。因此可以說(shuō)，沒(méi)有眾多的優(yōu)良的傳感器，現(xiàn)代化生產(chǎn)也就失去了基礎(chǔ)。在基礎(chǔ)學(xué)科研究中，傳感器更具有突出的地位?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)入了許多新領(lǐng)域：例如在宏觀上要觀察上千光年的茫茫宇宙，微觀上要觀察粒子世界，縱向上要觀察長(zhǎng)達(dá)數(shù)十萬(wàn)年的天體演化，短到瞬間反應(yīng)。此外，還出現(xiàn)了對(duì)深化物質(zhì)認(rèn)識(shí)、開(kāi)拓新能源、新材料等具有重要作用的各種極端技術(shù)研究，如超高溫、超低溫、超高壓、超高真空、超強(qiáng)磁場(chǎng)、超弱磁碭等等。顯然，要獲取大量人類感官無(wú)法直接獲取的信息，沒(méi)有相適應(yīng)的傳感器是不可能的。許多基礎(chǔ)科學(xué)研究的障礙，首先就在于對(duì)象信息的獲取存在困難，而一些新機(jī)理和高靈敏度的檢測(cè)傳感器的出現(xiàn)，往往會(huì)導(dǎo)致

8、該領(lǐng)域內(nèi)的突破。一些傳感器的發(fā)展，往往是一些邊緣學(xué)科開(kāi)發(fā)的先驅(qū)。傳感器早已滲透到諸如工業(yè)生產(chǎn)、宇宙開(kāi)發(fā)、海洋探測(cè)、環(huán)境保護(hù)、資源調(diào)查、醫(yī)學(xué)診斷、生物工程、甚至文物保護(hù)等等極其之泛的領(lǐng)域?？梢院敛豢鋸埖卣f(shuō)，從茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各種復(fù)雜的工程系統(tǒng)，幾乎每一個(gè)現(xiàn)代化項(xiàng)目，都離不開(kāi)各種各樣的傳感器。 由此可見(jiàn)，傳感器技術(shù)在發(fā)展經(jīng)濟(jì)、推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步方面的重要作用，是十分明顯的。世界各國(guó)都十分重視這一領(lǐng)域的發(fā)展。相信不久的將來(lái)，傳感器技術(shù)將會(huì)出現(xiàn)一個(gè)飛躍，達(dá)到與其重要地位相稱的新水平。第三節(jié) 傳感器的特性傳感器的靜態(tài)特性 傳感器的靜態(tài)特性是指對(duì)靜態(tài)的輸入信號(hào)，傳感器的輸出量與輸入量之間所具有相互

9、關(guān)系。因?yàn)檫@時(shí)輸入量和輸出量都和時(shí)間無(wú)關(guān)，所以它們之間的關(guān)系，即傳感器的靜態(tài)特性可用一個(gè)不含時(shí)間變量的代數(shù)方程，或以輸入量作橫坐標(biāo)，把與其對(duì)應(yīng)的輸出量作縱坐標(biāo)而畫(huà)出的特性曲線來(lái)描述。表征傳感器靜態(tài)特性的主要參數(shù)有：線性度、靈敏度、分辨力和遲滯等。 傳感器的動(dòng)態(tài)特性 所謂動(dòng)態(tài)特性，是指?jìng)鞲衅髟谳斎胱兓瘯r(shí)，它的輸出的特性。在實(shí)際工作中，傳感器的動(dòng)態(tài)特性常用它對(duì)某些標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)來(lái)表示。這是因?yàn)閭鞲衅鲗?duì)標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)容易用實(shí)驗(yàn)方法求得，并且它對(duì)標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)與它對(duì)任意輸入信號(hào)的響應(yīng)之間存在一定的關(guān)系，往往知道了前者就能推定后者。最常用的標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)有階躍信號(hào)和正弦信號(hào)兩種，所以傳感器的動(dòng)

10、態(tài)特性也常用階躍響應(yīng)和頻率響應(yīng)來(lái)表示。 傳感器的線性度 通常情況下，傳感器的實(shí)際靜態(tài)特性輸出是條曲線而非直線。在實(shí)際工作中，為使儀表具有均勻刻度的讀數(shù)，常用一條擬合直線近似地代表實(shí)際的特性曲線、線性度（非線性誤差）就是這個(gè)近似程度的一個(gè)性能指標(biāo)。 擬合直線的選取有多種方法。如將零輸入和滿量程輸出點(diǎn)相連的理論直線作為擬合直線；或?qū)⑴c特性曲線上各點(diǎn)偏差的平方和為最小的理論直線作為擬合直線，此擬合直線稱為最小二乘法擬合直線。傳感器的穩(wěn)定性 傳感器使用一段時(shí)間后，其性能保持不變化的能力稱為穩(wěn)定性。影響傳感器長(zhǎng)期穩(wěn)定性的因素除傳感器本身結(jié)構(gòu)外，主要是傳感器的使用環(huán)境。因此，要使傳感器具有良好的穩(wěn)定性，傳

11、感器必須要有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力。在選擇傳感器之前，應(yīng)對(duì)其使用環(huán)境進(jìn)行調(diào)查，并根據(jù)具體的使用環(huán)境選擇合適的傳感器，或采取適當(dāng)?shù)拇胧?，減小環(huán)境的影響。傳感器的穩(wěn)定性有定量指標(biāo)，在超過(guò)使用期后，在使用前應(yīng)重新進(jìn)行標(biāo)定，以確定傳感器的性能是否發(fā)生變化。在某些要求傳感器能長(zhǎng)期使用而又不能輕易更換或標(biāo)定的場(chǎng)合，所選用的傳感器穩(wěn)定性要求更嚴(yán)格，要能夠經(jīng)受住長(zhǎng)時(shí)間的考驗(yàn)。 傳感器的線性范圍 傳感器的線形范圍是指輸出與輸入成正比的范圍。以理論上講，在此范圍內(nèi)，靈敏度保持定值。傳感器的線性范圍越寬，則其量程越大，并且能保證一定的測(cè)量精度。傳感器的精度 精度是傳感器的一個(gè)重要的性能指標(biāo)，它是關(guān)系到整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量精

12、度的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。傳感器的精度越高，其價(jià)格越昂貴，因此，傳感器的精度只要滿足整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的精度要求就可以，不必選得過(guò)高。第四節(jié) 傳感器的分類根據(jù)某種原理設(shè)計(jì)的傳感器可以同時(shí)測(cè)量多種非電物理量，而有時(shí)一種非電物理量又可以用幾種不同傳感器測(cè)量。因此傳感器有許多分類方法，但常用的分類方法有兩種，一種是按被測(cè)輸入量來(lái)分；另一種是按傳感器的工作原理來(lái)分。按被測(cè)物理量分類這一種方法是根據(jù)被測(cè)量的性質(zhì)進(jìn)行分類，如溫度傳感器，濕度傳感器，壓力傳感器，位移傳感器，流量傳感器，力敏傳感器，加速度傳感器及轉(zhuǎn)矩傳感器等。這種分類方法把種類繁多的被測(cè)量分為基本被測(cè)量和派生被測(cè)量?jī)深?。例如力可視為基本被測(cè)量，從力可以派生

13、出壓力，重量，應(yīng)力和力矩等派生被測(cè)量。當(dāng)需要測(cè)量這些被測(cè)量時(shí)，只要采用力傳感器就可以了。這種分類方法的優(yōu)點(diǎn)是比較明確的表達(dá)了傳感器的用途，便于使用者根據(jù)其用途選用。其缺點(diǎn)是沒(méi)有區(qū)分每種傳感器在轉(zhuǎn)換機(jī)理上有何共性和差異，不便于使用者掌握基本原理及分析方法。按傳感器工作原理分類 這種分類方法是以工作原理劃分，將物理，化學(xué)，生物學(xué)等學(xué)科原理，規(guī)律和效應(yīng)作為分類的依據(jù)。這種分類方法的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)傳感器的工作原理表達(dá)比較清楚，而且類別少，有利于傳感器專業(yè)工作者對(duì)傳感器進(jìn)行深入研究。缺點(diǎn)是不便于使用者根據(jù)用途選用。第二章 液位傳感器的概述第一節(jié) 液位傳感器 液位傳感器是位移傳感器的一種，測(cè)量液位的目的一種是為

14、了液體儲(chǔ)藏量的管理，一種是為了液位的安全或自動(dòng)化控制，有時(shí)需要精確的液位數(shù)據(jù)，有時(shí)只需要液位升降的信息。液位傳感器按測(cè)量原理可分為浮子式液位傳感器，平衡浮筒式液位傳感液位傳感器，壓差式液位傳感器，電容式液位傳感器，導(dǎo)電式液位傳感器及超聲波式液位傳感器和放射式液位傳感器等。本設(shè)計(jì)是利用導(dǎo)電式液位傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)水位報(bào)警的功能的。第二節(jié) 導(dǎo)電式液位傳感器的基本工作原理如下圖所示：電極可根據(jù)檢測(cè)水位的要求進(jìn)行升降調(diào)節(jié)，它實(shí)際上是一個(gè)導(dǎo)電性的檢測(cè)電路，當(dāng)水位低于檢知電極時(shí)，兩電極間呈絕緣狀態(tài)，檢測(cè)電路沒(méi)有電流流過(guò)，傳感器輸出電壓為零。假如水位上升到與檢知電極端都接觸時(shí)，由于水有一定的導(dǎo)電性，因此測(cè)量電路中

15、有電流流過(guò)，指示電路中顯示儀表就會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，同時(shí)在限流電阻兩端有電壓輸出。人們通過(guò)儀表或電路輸出電壓便得知水位已達(dá)到預(yù)定的程度了，如果把輸出電壓和控制電路連接起來(lái)，便可對(duì)供水系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)控制。 圖2是導(dǎo)電式水位檢測(cè)器的電路原理圖。電路主要由兩個(gè)運(yùn)算放大器組成，運(yùn)算放大器及外圍元件組成方波發(fā)生器，通過(guò)電容器與檢知電極相接。運(yùn)算放大器與外圍元件組成比較器，以識(shí)別儀表水位的電信號(hào)狀態(tài)。采用發(fā)光二極管作為水位的指示。由于水有一定的等效電路，當(dāng)水位上升到和檢知電極接觸時(shí)，方波發(fā)生器產(chǎn)生的矩形波信號(hào)被旁路。相當(dāng)于加在比較器反相輸入端的信號(hào)為直流低電平，比較器輸出端輸出高電平，發(fā)光二極管處于熄滅狀態(tài)。當(dāng)水位

16、低于檢知電極時(shí)，電極與水呈絕緣狀態(tài)，方波發(fā)生器產(chǎn)生正常的矩形波信號(hào)，此時(shí)比較器輸出為低電平，發(fā)光二極管閃爍發(fā)光，告知水箱缺水。如要對(duì)水位進(jìn)行控制，可以設(shè)置多個(gè)電極，以電極不同的高度來(lái)控制水位的高低。 圖1) 導(dǎo)電式水位檢測(cè)器的電路原理圖圖2 )等效電路及輸出波形第三章太陽(yáng)能熱水器水位報(bào)警器第一節(jié) 工作電源指示電路在工作時(shí)通入220V交流電，經(jīng)過(guò)變壓器變壓后成為12V交流電，再經(jīng)過(guò)整流電路整流后輸出12V的直流電，電路通入12V直流電后發(fā)光二極管VD5點(diǎn)亮，指示電源工作正常。第二節(jié) 基本工作原理導(dǎo)電式水位傳感器在日常工作和生活中應(yīng)用很廣泛，它在抽水及儲(chǔ)水設(shè)備、工業(yè)水箱、汽車水箱等方面均被采用。太

17、陽(yáng)能熱水器一般都設(shè)在室外房屋的高處，熱水器水位在使用時(shí)不易觀測(cè)。使用水位報(bào)警器后，則中實(shí)現(xiàn)水箱中缺水或加水過(guò)多時(shí)自動(dòng)發(fā)出聲光報(bào)警聲。此次水位報(bào)警器是利用導(dǎo)電式傳感器的三個(gè)電極設(shè)計(jì)的，通過(guò)傳感器將水位變化轉(zhuǎn)化為電信號(hào)送到測(cè)控電路中，通過(guò)對(duì)信號(hào)的處理對(duì)外在條件進(jìn)行操作，可大體用圖表表示為：水位報(bào)警器的電路，如圖所示導(dǎo)電式水位傳感器的三個(gè)探知電極分別和VT1、VT3的基極及地端相連。電路的電源由市電經(jīng)變壓器降壓、整流器整流提供，發(fā)光二極管VD為電源指示燈。報(bào)警聲由音樂(lè)集成電路9300產(chǎn)生，R8及VD10產(chǎn)生的3.6V直流電壓供9300使用，VT4、VT5組成音頻功放級(jí)，將IC輸出的信號(hào)放大后，推動(dòng)揚(yáng)

18、聲器發(fā)出報(bào)警聲。當(dāng)水位在電極1、2之間正常情況下，電極1懸空，VT1截止，高水位指示燈VD8位熄滅狀態(tài)。由于電極2、3處在水中，由于水電阻的原因，使VT3導(dǎo)通，VT2截止，低水位指示燈VD9也處于熄滅狀態(tài)。整個(gè)報(bào)警系統(tǒng)處于非報(bào)警狀態(tài)。 當(dāng)熱水器水箱中的水位下降低于電極2時(shí)，VT3截止，VT2導(dǎo)通，低水位指示燈VD9點(diǎn)亮。由C3和R4組成的微分電路在VT2由截止到導(dǎo)通的跳變過(guò)程中產(chǎn)生的正向脈沖，將觸發(fā)音樂(lè)集成電路IC工作，隨之揚(yáng)聲器發(fā)出30s的報(bào)警聲。告知主人水箱將要缺水了。同理，當(dāng)水箱中的水超出電極1時(shí)，VT1導(dǎo)通，高水位指示燈VD8點(diǎn)亮，同時(shí)C2和R4微分電路產(chǎn)生的正向脈沖觸發(fā)音樂(lè)集成電路IC工作，使揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警聲，告知主人水箱中的水快溢出來(lái)了。導(dǎo)電式水位傳感器工作原理圖： 根據(jù)以上的工作原理的介紹，可用一個(gè)控制流程圖來(lái)概括： 全文總結(jié)太陽(yáng)能熱水器的水位報(bào)警器是目前現(xiàn)實(shí)生活中較為實(shí)用的生活環(huán)保用品，已得到廣泛關(guān)注。在提高生活質(zhì)量和環(huán)保事業(yè)中充分發(fā)揮了它的作用。太陽(yáng)能熱水器水位傳感器在此次電路中是非常關(guān)鍵的部分，但我們也