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基于半导体压力传感器的液位测量方法

来源:江苏创辉自动化仪表有限公司 时间:2020-07-28
1.概述
液位是指密封容器或开口容器中液面的位置、通过液位的测量可以知道容器里物料的数量、以便调节容器中流人流出物料的平衡,保证生产过程中各环节所需的物料或进行经济核算;另外,通过液位的测量,可以了解生产是否正常进行,以便及时监视或控制容器液位,保证安全生产以及产品的质量和数量。液位测量由于受到被测介质的物理性质、化学性质以及工作条件的影响,所以它一直是工程中比较薄弱的环节。本文提出一种用半导体压力传感器来测量液位,以期更好地为生产过程自动化服务。常用的液位测量方法及仪表很多,如浮力式液位计、差压式液位计、电容式液位计、超声式液位计和激光式液位计等等。与这些方法相比、用半导体压力传感器测量液位的方法具有测量精度高、成本低、使用方便及信号便于远传等优点,而且它既适用于密封容器的液位测量、也适用于开口容器中的液位测量。从工作原理上来说,该方法与差压式液位计较为接近,所不同的是它采用的测量元件不同,而且传感器不与被测介质接触,这正好适合采用半导体传感器
Motorola公司推出的新型半导体压力传感器,它一改传统的温氏电桥结构,采用一个压阻元件植入单晶硅膜片,用来感受作用在膜片上的外部压力。传感器输出的模拟电压信号与外部压力成线性关系,同时与供电电压成比例关系。高灵敏度和良好的长期稳定性使得该传感器能满足许多场合的应用要求。由于采用计算机控制的激光校准技术,片内带有温度补偿。该传感器可工作在很大的温度范围(0~85℃),其满量程温漂典型值约为±0.5%FS,相应的输出失调电压仅为±1mV。MPX系列压力传感器提供多种安装型式,可测量差压、*压力和表压。
 
2.测量系统
测量系统框它包括MX压力传感器、信号调理电路、数转换接口、徽处理器、键盘及显示器接口以及通信接口等。本文着重介绍压力传感器的选型及信号调理电路的设计。根据实际情况,按式(4)估算出可能作用在差压传感器上的ZUI大差压值,由此可确定出压力传感器的量程。根据液位测量精度的要求确定压力传感器的精度等级,同时确定片内是否需要带有温度补偿或片内带有信号调理电路。从而可确定出传感器的具体型号。在实验中选用了MPX10D型传感器用来测量水槽中的水位高度,该传感器的量程为10kPa,满量程线性误差不大于±1.0%。信号调理电路负责把传感器輸出的mV级信号进行放大及信号滤波,转换成合适的电压信号,以便送给A/D转换器进行模数转换。一般A/D转换器的输入电压范固为0~5V,ZUI好使信号调理电路的输出信号在0.5~4.5V之间,以便留有一定的余量。为了保护A/D转换器,在信号输出端并接一只5.1V的稳压管。实验中采用传统的仪表放大器电路后接一个二阶滤波器。
 
3.注意事项
①为了保证压力传感器的长期稳定性,要求传感器的实际位置高于被测介质的ZUI高液位,同时也不能有有害气体进入传感器。
②如果传感器离测量仪表近,则可采用四线制接线;如果传感器离测量仅表远,则必须采用六线制接线,即用电压反馈来消除由于供电电压不稳所带来的测量误差,典型的方法是比率测量。
③由于环境温度、环境压力和介质密度等对测量都有一定的影响,因此,在有些场合,为了保证一定的测量精度,还需对测量结果进行补偿。
 
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