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常见几种液位传感器的原理和选型原则
双击自动滚屏 恒邦PLC培训2017-02-15 阅读:1185次 关注微信公众号 PLC958,获取最快捷,最有用的技术资讯
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  许多行业的过程控制中都使用液位传感器,它们分为两大类。点液位测量传感器用于指示单个的离散液位高度,即指示预置的液位情况。通常情况下,此类传感器的作用是上限报警,即指示过量填充情况,或者指示下限报警情况。连续液位传感器更为复杂,可对整个系统进行液位监视。它们可测量一定范围内的液位高度,而不是某一点的液位,因此会产生直接与容器中液位相关联的模拟输出。为建立一个液位测量系统,此输出信号会传送到过程控制回路和可视指示器。


液位测量传感器选型

选择液位测量传感器之前需要考虑的问题包括:

  • 测量液体还是固体?

  • 应用环境的温度和压力范围是多少?

  • 需要点液位测量还是连续测量?

  • 需要多大的液位测量范围?

  • 所测材料是否导电?

  • 所测材料是否会覆盖或堆积在表面上?

  • 液体表面是否会产生紊流、泡沫或蒸汽?

  • 需要接触式还是非接触式液位测量?

  • 需要哪种输出,模拟、继电器、数字显示还是其它?


设计类型

浮动开关

  在此类点液位传感器中,磁浮子会随着液体表面移动,并会促发杆体中密封的“舌簧开关”。这种简单且维护率低的设计不但可快速安装,最大程度地减小冲击、振动和压力,同时还适用于多种介质。舌簧开关可以是单刀单掷 (SPST),也可以是单刀双掷 (SPDT)。


非接触式超声波传感器

  这类传感器包含一个模拟信号处理器、一个微处理器、多个二-十进制 (BCD) 范围开关以及一个输出驱动电路。脉冲和一个门极信号从微处理器发射出去后,经由模拟信号处理器传送到传感器,促使传感器向液体表面发送超声束。接着,传感器检测液面反射的回波,将其送回微处理器,并生成表示传感器与液面水平之间距离的数字信息。通过不断更新所接收的信号,微处理器计算出平均值,从而最终实现液位测定。


  使用连续型传感器时,微处理器会将平均值转化为与液位成线性关系的 4 到 20 mA 模拟信号。当液位回波未在 8 秒内返回传感器时,系统的输出信号将降至 4mA 以下,指示液位过低或管道已空。使用点传感器时,微处理器会将平均值与 BCD 开关设置进行比较,并对输出继电器上电来指示液位过高或液位过低。如信号丢失超过 8 秒,则继电器断电并恢复原始状态。此外,为减轻表面紊流现象,电子部分中加入了半秒延迟。


接触式超声波传感器

  这些传感器中包含低能量超声波设备,可测量特定点的液位水平。接触式超声波传感器由一个现场安装的传感器和一个固态积分放大器组成,不含任何移动部件,也无需进行校准。通常情况下,它们都带有用于连接电源和外部控制设备的端子块。超声波信号穿过传感器中半英寸宽的缝隙,并会在其中包含液体时对继电器开关进行控制。水平安装式传感器的检测平面在缝隙的中部,竖直安装式传感器的检测平面在缝隙的顶部。当液位降到这一水平以下时,超声波信号将减弱并且最终会将继电器切换到之前的状态。


  这些传感器用于在容器或管道中自动操作泵、电磁阀和上下限报警。填充和排空罐体以及测量液体量时需使用两个此类传感器。此类传感器适用于大部分液体,它们不受覆盖层、液滴粘连、泡沫和蒸汽影响。但充气过多的液体和粘性过大并可塞满传感器缝隙的液体,则可能导致故障。


电容式液位传感器

  与超声波传感器一样,电容式传感器也可以进行点液位测量或连续液位测量。它们利用探头监测罐内的液位变化,并以电子方式将输出调整为电容值和电阻值,进而转换成模拟信号。探头和容器壁相当于电容的两个极板,液体相当于电介质。由于信号的发送只与液位变化有关,所以探头上的物料堆积不会产生任何影响。对于非导电液体容器,则需要两个探头或一个外部导电片。


  探头可分为刚性和柔性两种,通常都使用 PTFE 绝缘的导线。它使用不锈钢作为探头基础金属,可为非导电液体、颗粒性液体或介电性质较低(介电常数小于 4)的液体测量带来更高的灵敏度。当没有足够的间隙可以容纳刚性探头时或者在需要很长的探头长度的应用中,必须使用柔性探头。刚性探头的稳定性更高,特别是在存在紊流的系统中,因为探头的晃动会导致信号起伏波动。


液位测量传感器类型

非接触式超声波液位传感器

  由于具有多种电源和编程选项可供选择、能够进行 RS-232 或 RS-485 通讯、具有按钮校准和温度补偿信号,传感器将连续非接触式液位测量的灵活性提升至一个新的高度。它们结合了滤波机制,几乎可以消除外围障碍物的所有伪回波,可在 0.3 到 18.3 m(1 到 60’)的整个范围内提供高精度测量。通过与 PLC(可编程控制器)或控制器配合使用,可实现点液位测量。


雷达液位传感器

  对于需要进行非接触式液位测量的应用,雷达变送器可谓是超声波传感器以外的理性之选。它们非常适合于液体表面存在蒸汽、灰尘或泡沫等可对超声波测量造成阻碍的应用。其雷达传感器使用微波脉冲技术,可对目标液体进行从天线顶端到缸体底部的跟踪。这种先进的“回波标记式”信号处理方法可提供不受环境情况影响的可靠的连续脉冲波形。同时还提供 RS-232 和 RS-485 型产品。


干料旋桨式液位开关

  旋桨开关适用于多种颗粒状、丸状和粉状物质。它采用磁性技术,可对料箱、料斗、料仓和料缸进行故障安全式监视。具有自诊断功能的微处理器会持续监视轴和电机安装板的旋转,可对物料的存在情况以及机械或电气故障立即做出响应。磁性传感机制避免了光学系统固有的误动作问题。采用旋绕式机盖,不使用任何螺栓。有 2 个导管入口,并且大部分型号都有一个状态指示灯。高温型号可承受 399°C 的温度。


电容式测量探头

  电容式测量探头可承受高温和高压并可耐受多种腐蚀物品,能够在恶劣的应用环境中提供可靠的连续液位测量。它们适用于液体、糊状物和部分固体(导电和不导电均可),其中不含任何移动部件,而且安装简便。在对输入电源进行整流和滤波、生成射频信号并计算电流变化后,电子线路将产生与过程液位成比例的 4 至 20 mA 2 线制输出信号。方便的零点和量程调整功能,使用户可以对各种变量进行设置,包括介质类型、容器尺寸、杆长度和安装位置。如在可导电的容器壁附近使用不锈钢探头,则可选择 PTFE 绝缘型号来防止短路。

 
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