压力和液位传感器测量实验

1、压力和液位传感器测量实验一、实验目的： 1. 了解压力传感器和液位传感器的工作原理和结构2. 学习如何安装和使用压力传感器、液位传感器3. 学习如何测定和校正传感器的量程曲线4. 学习传感器、数字转换仪表的连接和参数设置二、实验装置及试剂压力传感器一台，液位传感器一台，直流电源，数字显示仪表，高位槽，低位槽，电磁阀。三、实验原理压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，其广泛应用于各种工业过程的测量和自控包括石油、化工、航空、制药、环境等不同的行业和过程，按照不同的类型，还可以有用来测量液体或气体压力的，测量物体重量的，测量流体压差的和物体的位移量。也可以分别叫做压力传感器、重量传感器、液位

2、传感器和差压传感器等名称，下本实验简单介绍一些常用传感器原理及其应用。实验装置为一个透明的有机玻璃塔，也可以作为一个液体罐。在塔体的下部，安装有压力传感器，通过改变液体的高度，或者气体的压力，都可以造成系统压力的变化，可以用来测量塔内液体水产生的压力，并显示在数字仪表上。该数据也可以直接连接到计算机上，实现在线监控和采集。在塔的上、下部位，安装有液位传感器，用来测量液体的位差。本实验中液体是水，不管液体上方的气体压力如何变化，液位传感器只是测量上下两个测量口之间的压力差。图1 压力/液位传感器测量试验流程图传感器测量原理： 压力传感器的种类繁多，有压阻式压力传感器、电容式压力传感器、半导体应变

3、片压力传感器电、感式压力传感器、谐振式压力传感器及电容式加速度传感器等。但应用最为广泛的是压阻式压力传感器，它具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。压阻式压力传感器： 通常是将电阻膜片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在一个固定基体上，当基体受力发生应力变化时，膜片的电阻值也发生相应的改变，如果电路中有一个恒流源，从而使加在电阻上的电压发生变化。通过用电桥放大后测量该电压值，就可以知道施加到膜片上的压力值。电阻膜片应用最多的是金属电阻膜片和半导体膜片两种。金属电阻膜片又分丝状膜片和金属箔状片两种。金属电阻膜片是利用吸附在基体材料上金属丝或金属箔，受应力变化时，电阻发生变化的特性来测量的。应变电

4、阻随机械形变而产生阻值变化的现象，俗称为电阻应变效应。图2 传感器接线原理采用水的变化来引起压力和压差的变化，用压力传感器来测量气体或液体的压力，用差压传感器来测量液位的差别，也就是液体高度。实验采用水为实验物系，水可以连续的加入到一个透明的有机玻璃塔中，该塔也可以代表一个液体罐。当液位不同时，压力传感器测量到的压力不同，同样液位传感器测量的数值也不同。通过不断的改变液体的高度，就可测出不同的压力和液位值。 四、实验步骤1. 检查实验装置的仪器和设备，是否完好? 2. 将水管连接到水龙头上，并连接到有机玻璃塔的进口，检查是否漏水？水能否流入到塔内？ 3. 检查压力传感器、液位传感器连线是否正确

5、？并按照实验原理和仪表说明书，将信号，电源线连接好。本实验中，压力传感器采用250的电阻，INP采用第33个，正极接“17”，负极接“18”；液位传感器采用50的电阻，INP采用第32个，正极接“19”，负极接“18”。4. 连接完成后，让指导教师检查。待老师确认后，可以开始实验。 5. 按照仪表的操作说明，和传感器的量程说明，设定好仪表的输入上下限。压力传感器的范围为0-1at，液位传感器的范围为0-5m。 6. 改变液体的高度，每次改变10厘米水柱，分别记录压力传感器的数值和液位传感器的数值，记录液体的温度。7.从玻璃塔下的放水阀往外放水，每次改变10厘米水柱，也分别记录压力传感器的数值和

6、液位传感器的数值，记录液体的温度。5、 实验数据计算和处理往有机玻璃塔内加水时记录的实验数据见表1。表1 实验数据压力显示值（at）液位显示值(m)液体高度(m)液体温度()液体密度（Kg/m3）0.007-0.113024.6/0.011-0.0080.124.8997.070.0210.0890.224.9997.0450.0310.1850.324.9997.0450.0410.2810.425.0997.020.0510.3770.524.9997.0450.0610.4760.624.9997.0450.0710.5740.724.7997.0950.0810.6710.825.6

7、从塔内放水时记录的实验数据见表2。表2 实验数据压力显示值（at）液位显示值(m)液体高度(m)液体温度()液体密度（Kg/m3）0.0810.6690.824.9997.0450.0720.5700.724.9997.0450.0620.4740.624.9997.0450.0520.3750.524.9997.0450.0420.2780.424.9997.0450.0320.1830.324.9997.0450.0220.0850.224.9997.0450.012-0.0120.124.9997.0450.007-0.096025.2/将在某一液位高度下记录的两组数据取平均值，结果见表

8、3：表3 计算数据压力显示值（at）液位显示值(m)液体高度(m)液体温度()液体密度（Kg/m3）0.007-0.105025.2/0.012-0.010.124.9997.0450.0220.0870.224.9997.0450.0320.1840.324.9997.0450.0420.2800.424.9997.0450.0520.3760.524.9997.0450.0620.4750.624.9997.0450.0720.5720.724.9997.0450.0810.6700.824.9997.0451. 压力传感器测量校正曲线： 把压力传感器测量的数值和用水的高度换算的数值，在直

9、角坐标上作图，X轴为压力传感器测量的实际数值，Y轴为用水的密度、温度和高度换算出的水压力，这些点可以连接成一条直线，以后只要根据仪表读数，就可以知道真实的压力了。根据P=gh，g=9.8 N/Kg，为液体在某一温度下密度，h为实际液位高度。第一行数据忽略，对第二行数据：P=997.045 Kg/m3*9.8 N/Kg*0.1*10-5=0.010at.其余以此类推，得数据表格如下：表2 压力实际值计算数据压力显示值（at）0.0120.0220.0320.0420.0520.0620.0720.081压力实际值(at)0.0100.0200.0290.0390.0490.0590.0680.0

10、78图3 压力实际值与压力显示值曲线2. 液位传感器测量校正曲线： 把液位传感器测量的数值和用水的实际高度，在直角坐标上作图，X轴为液位传感器测量的数值，Y轴为水的实际测量高度，这些点可以连接成一条直线，以后只要根据仪表读数，就可以知道实际的液位高度。表3 液位实际值与显示值数据液位显示值（m）-0.010.0870.1840.2800.3760.4750.5720.670液位实际值(m)0.10.20.30.40.50.60.70.8图4 液位实际值与显示值曲线六、实验结果及讨论1 通过实际数据进行理论计算，将水压的理论值和实际值进行对比，做出校正曲线。校正曲线为一条直线，说明此压力传感器的

11、稳定性非常好；但是压力传感器的实测数据与理论数据有偏差，通过这种方式，使压力传感器得到了很好的校正。 2 将液位的显示值和实际值进行对比，做出校正曲线。校正曲线为一条直线，线性度非常高，说明此液位传感器的稳定性非常好；由数据可以看出，液位的显示值和实际值的偏差较小，说明此液位传感器的精度较好。七、实验问题回答1.压力传感器有哪几种主要测量原理？ 答：压力传感器主要有压阻式传感器，主要原理是：将电阻膜片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在一个固定基体上，当基体受力发生应力变化时，膜片的电阻值也发生相应的改变，如果电路中有一个恒流源，从而使加在电阻上的电压发生变化。通过用电桥放大后测量该电压值，就可以知道

12、施加到膜片上的压力值。电容式压力传感器：将膜片和基片构成一个腔体，待测压力使得陶瓷膜片弯曲情形，如此就能改变组件的电容量，借着加入必须的电子电路，尽可能将此变形与压力之变化互成关系。因此电容量的变化即比例于压力的变化。半导体压力传感器：此种装置也是应用压电效应与电桥电阻形式获得量测结果，在硅支撑物上利用扩散的方法，用以产生膜片，包含电桥电阻的单元以静电处理固定在支撑玻璃上。所以，它就与外界形成机械性的隔离。当硅质膜片偏向时，电桥的输出就随着改变。2.液位传感器的安装有什么要求？测量原理是什么？ 答：液位传感器必需安装在塔的上、下部位，并且上端不能低于液面的最高实验值。当液位不同时，压力传感器测

13、量到的压力不同，同样液位传感器测量的数值也不同。通过不断的改变液体的高度，就可以按照下式（1）、（2）计算出压力和液位值： 液体压力=H（液体高度）+液体上方气体压力（液柱高度） （1） 液位值=低点的（液体高度）+液体上方气体压力（液柱高度）-高点的（液体高度）+液体上方气体压力（液柱高度） （2） 3.怎样使用压力校正曲线？用实验数据举例说明。答：压力校正曲线是测量值与实际值的曲线，横坐标为测量值（显示值），纵坐标为理论计算的实际值，根据测出的横坐标，在曲线上找纵坐标的对应点，就可得实际压力值。例如0.040at对应0.032at4 传感器的接线方式有那些？有什么应用区别？ 答：对于压力传

14、感器，信号的输出可以分成三线制和二线制两种方式。一般三线制信号输出通常是电压信号，而电流信号的输出一般为两线制。当压力传感器接受到不同的压力时，元件会发生电阻或电压的变化。当在元件的两端接上一个直流电压时，也就是通常的电源，那么在回路中，就会产生对应力的电流。如果把这个电流通过一个电阻，那么电阻两端就会产生一个固定的电压。该电流或电压值，随压力的变化而变化，得到了准确的电压或电流值，就可以反算出元件承受的压力。在三线制方式，通常一根是电源的正极，用红线表示，一根是电源的负极，一般用蓝色或绿色的线连接，第三根是信号线的正极，一般是黄色线，信号线的负极和电源的负极，是同一根线。比如，一个三线制的压力传感器，电源电压为24V，压力测量的范围是，信号输出范围是0-5V，则当信号电压为1V时，压力为0.02MPa。在二线制方式，通常一根是电源的正极，用红线表示，一根是电源的负极，一般用蓝色或绿色的线连接，当压力发生变化时，该回路中的电流就发生相应的变化，一般是在回路中接一个电阻，再把电阻两端的直流电压引出