物位傳感器工作原理

物位傳感器可分兩類：一類是連續(xù)測量物位變化的連續(xù)式物位傳感器；另一類是以點(diǎn)測為目的的開關(guān)式物位傳感器即物位開關(guān)。目前，開關(guān)式物位傳感器比連續(xù)式物位傳感器應(yīng)用得廣。它主要用于過程自動控制的門限、溢流和空轉(zhuǎn)防止等。連續(xù)式物位傳感器主要用于連續(xù)控制和倉庫管理等方面，有時(shí)也可用于多點(diǎn)報(bào)警系統(tǒng)中。下面介紹幾種實(shí)用化的物位傳感器及應(yīng)用。
l、電容式物位傳感器 電容式物位傳感器有兩個(gè)導(dǎo)體電極(通常把容器壁作為一個(gè)電極)，由于電極間是氣體、流體或固體而導(dǎo)致靜電容的變化，因此可以敏感物位。它的敏感元件有三種形式，即棒狀、線狀和板狀，其工作溫度、壓力主要受絕緣材料的限制。電容式物位傳感器可以采用微機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)自動調(diào)整靈敏度，并且具有自診斷的功能，同時(shí)能夠檢測敏感元件的破損、絕緣性的降低、電纜和電路的故障等，并可以自動報(bào)警，實(shí)現(xiàn)高可靠性的信息傳遞。由于電容式物位傳感器無機(jī)械可動部分，且敏感元件簡單，形狀和結(jié)構(gòu)的自由 以大，操作方便，因此，它是應(yīng)用zui廣的一種物位傳感器。
2、浮于自動平衡式物位傳感器 這種傳感器通過檢測平衡浮子浮力的變化來進(jìn)行液位的測量。它可以配備微機(jī)，使之具有自檢、自診斷和遠(yuǎn)傳的功能，利用它可以高精度地測量大跨度的液位。
3、壓力式物位傳感器 一般采用半導(dǎo)體膜盒結(jié)構(gòu)，利用金屬片承受液體壓力．通過封入的硅油導(dǎo)壓傳遞給半導(dǎo)體應(yīng)變片進(jìn)行液位的測量。由于固態(tài)壓力傳感器(壓阻電橋式)性能的提高和微處理技術(shù)的發(fā)展，壓力式物位傳感器的應(yīng)用愈來愈廣。近年來．已經(jīng)研制出了體積小、溫度范圍寬、可靠性好、精度高的壓力式物位傳感器，同時(shí)，其應(yīng)用范圍也不斷地拓寬。
4、超聲波物位傳感器 它是一種非接觸式的物位傳感器，應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。其工作原理是，工作時(shí)向液面或粉體表面發(fā)射一束超聲波，被其反射后，傳感器再接收此反射波。設(shè)聲速一定，根據(jù)聲波往返的時(shí)間就可以計(jì)算出傳吸器到液面(粉體表面)的距離，即測量出液面(粉體表面)位置。其敏感元件有二種，一種是由線圈、磁鐵和膜構(gòu)成的，另一種是由壓電式磁致伸縮材料構(gòu)成的。前者產(chǎn)生的是10KHz的超聲波，后者產(chǎn)生的是20~40Khz的超聲波。超聲波的頻率愈低，隨著距離的衰減愈小，但是反射效率也小。因此，應(yīng)根據(jù)測量范圍、物位表面狀況和周圍環(huán)境條件來決定所使用的超聲波傳感器。高性能的超聲波物位傳感器由微機(jī)控制。以緊湊的硬件進(jìn)行特性調(diào)整和功能檢測。它可以準(zhǔn)確地區(qū)別信號波和噪聲，因此，可以在攪拌器工作的任況下測量物位。此外，在高溫或吹風(fēng)時(shí)也可檢測物位，特別是可以檢測高粘度液體和粉狀體的物位。
5、激光式物位傳感器 它是一種性能優(yōu)良的非接觸式高精度物位傳感器。其工作原理與超聲波物位傳感器相同，只是把超聲波換成光波。激光束很細(xì)，作為物位傳感器時(shí)，即使物位表面極其粗糙，其反射波束也不過加寬到20mm，但這仍是激光式物位傳感器可以接收的范圍內(nèi)、激光式物位傳感器一般采用近紅外光。它是把光流發(fā)射出的激光利用半透射反射鏡處理。一部分作為基準(zhǔn)參考信號輸入時(shí)間變送器，另一部分通過半透射反射鏡的激光經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)處理成為一定寬度的平行光束照射在物體面上。反射波到達(dá)傳感器接收部再轉(zhuǎn)換成電信號。因?yàn)閺恼丈涞浇邮艿臅r(shí)間很短，所以利用取樣電路擴(kuò)大成毫微秒數(shù)量級，便于信號處理，進(jìn)行時(shí)間的測量。利用微機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，變?yōu)閿?shù)字顯示物位值的模擬輸出信號，再利用軟件檢測信號的可靠件，如果測定系統(tǒng)出現(xiàn)故障則報(bào)警。這種傳感器可應(yīng)用于鋼鐵工業(yè)連續(xù)鑄造裝置的砂型鐵水液位高度測量。同時(shí)，它還可以應(yīng)用于狹窄開口容器以及高溫、高精度的液面檢測。
此外，近年來隨著高科技的發(fā)展，出現(xiàn)了數(shù)字式智能化的物位傳感器，它是一種的數(shù)字式物位測量系統(tǒng)。將其測量部件技術(shù)與微處理器的計(jì)算功能結(jié)合為一體，使得物位測量儀表至控制儀表成為全數(shù)字化系統(tǒng)。數(shù)字式智能化物位傳感器的綜合性能指標(biāo)、實(shí)際測量準(zhǔn)確度比傳統(tǒng)的模擬式物位傳感器提高了3－5倍。