检测与传感技术大作业

检测与传感技术大作业题目：调研测量水稻稻田水位高度和水位温度的传感器专 业电气工程及其自动化学 生是学 号16班 号 1302303， 130230302指导教师罗清华日 期2016・5.26.课题题目及要求课题题目试调研测试水稻稻田水位高度和水位温度的传感器，从成本和性能上进行比较选择，并分析其技术参数，给出应用电路图及工作流程图，注意要给出标定过程的描述。（1）调研；（2）分析；（3）选择；（4）应用及工作流程；报告要求：.给出调研传感器的技术指标，及价格.给出你选择的考虑和思路.给出实际应用的系统框图及流程图.需求及调研分析需求分析经了解我们发现目前能找到的集水位、水温测量为一体的传感器只能适合于家用，如太阳能热水器，没有找到能应用于稻田环境的水位水温传感器。所以我们分别选择适用于稻田环境的水温传感器和水位传感器进行调研。调研及资料分析.水位传感器的选择经调研我们选择佛山一众传感仪器有限公司生产的PY201投入式液位传感器。PY201采用进口高精度感应芯体，选进的贴片工艺，配套带有零点、满量程补偿，温度补偿的高精度和高稳定性放大集成电路。采用全不锈钢封焊结构，具有良好的防潮能力及优异的介质兼容性。使之产品的抗冲击能力、过载能力、产品密封性等性能有了较大提高，产品最高压力可达500米水位。主要适用于河流、地下水位、水库、水塔及容器等的液位测量与控制。.水温传感器的选择经调研我们选择济南工达捷能科技发展有限公司生产的西门子浸入式温度传感器QAE3075.016。QAE3075.016多头检测技术，在设计时充分考虑了高精度测量的要求，保护套筒可以装上或取下。适用于测量水流温度，限定回水温度。方案比较与分析投入式传感器通常也称为：投入式液位传感器、投入式液位变送器、液位传感器、液位变送器、地下水位传感器、地下水位变送器，水塔水位和水压测控仪器。适用于石油化工、冶金、电力、制药、供排水、环保等系统和行业的各种介质的液位测量。精巧的结构，简单的调校和灵活的安装方式为用户轻松地使用提供了方便。因此我们选择的水位传感器抗干扰，能力强，稳定可靠；水温传感器误差小，精度高。都有不锈钢防护，因此适用于稻田环境。工作原理分析.投入式传感器工作原理：投入式液位传感器是一种测量液位的压力传感器，基于所测液体静压与该液体的高度成比例的原理，采用隔离型扩散硅敏感元件或陶瓷电容压力敏感传感器，将静压转换为电信号，再经过温度补偿和线性修正，转化成标准电信号。采用水压压力与该水的高度成比例的原理，当水位传感器投入到被测液体中某一深度时，传感器迎液面受到的压力公式为：P=pgH+Po其中P:变送器迎液面所受压力p:被测液体密度g:当地重力加速度Po:液面上大气压H：变送器投入液体的深度同时，通过导气不锈钢将液体的压力引入到传感器的正压腔，再将液面上的大气压Po与传感器的负压腔相连，以抵消传感器背面的Po,使传感器测得压力为：pgH，显然,通过测取压力P,可以得到液位高度。.水温传感器工作原理：其本质为电阻传感金属随着温度变化，其电阻值也发生变化。对于不同金属来说，温度每变化一度，电阻值变化是不同的，而电阻值又可以直接作为输出信号。将传感器浸入水稻稻田中，与水直接接触。从而测量得到水的温度。电控单元根据这一变化测得水的温度，作为注入水温的修正信号。原理公式为：U=R(T)*I其中U:测量的电压R:测得的电阻I：测得的电流R(T)：电阻和温度的相对关系.系统设计位传感器技术参数及价格被测介质：液体（弱腐蚀性）压力类型：表压量程：0〜0.1M〜1M〜3M〜5M〜10M〜20M〜50M〜100M〜200M〜500M（水位高/深度,最小量程为0.1米）输出：4〜20mA（二线制）、0〜5VDC、0〜10VDC、0.5〜4.5VDC（三线制）综合精度：±0.25%FS、±0.5%FS供电：24VDc（9〜36VDC）绝缘电阻：三1000MQ/100VDC负载电阻：电流输出型：最大800Q电压输出型：大于50KQ介质温度：-20〜85℃环境温度：-20〜85℃储存温度：-40〜90℃相对湿度：0〜95%RH密封等级：IP68过载能力：150%FS响应时间：W5mS稳定性：W±0.15%FS/年振动影响：W±0.15%FS/年（机械振动频率20Hz〜1000Hz）电气连接：3/5芯导气屏蔽电缆全密封；标准配线8米压力连接：投入式连接螺纹材料：304/316L不锈钢价格：600元温传感器技术参数及价格温度敏感元件：PT100

温度测量范围：-50-200度浸入长度：QAE3010.010,100mm；QAE3010.016,160mm浸入套管材质：不锈钢防护等级：IP65额定压力:PN40价格：320元总体方案设计总体方案设计见图（1）图（1）总体方案设计水温传感器和水位传感器放入稻田中进行测量，得到水压和水温，由电路修正参数转换为深度和温充，输送到数据收集器，转变为电信号输送到计算机。计算机对比数据是否符合实际要求的水位和水温，进行下一步指令。硬件电路设计硬件电路设计见图（2）

图（2）硬件设计电路图水位传感器的结构图见图（2）。它采用LC电磁谐振电路作为敏感元件，将水位信号转变成LC参数变化，最后输出频率信号。原理可以简单描述如下：水位首先影响在气腔内的气压，气压的改变使导板运动，磁芯也就在线圈中移动，这就改变了线圈的电感，最终LC电路产生了不同的频率信号。鉴频式水位传感器的等效电路见等效电路图。一般来说，在鉴频式水位传感器安装固定后，它的线圈匝数、空气导磁率、磁芯导磁率、线圈平均半径、磁芯有效半径和线圈长度都是不变的，唯一改变的是磁芯在线圈中移动的位置。这个运动是线性的，也就导致电感的改变是连续的。通过理论分析和实验验证，水位信号和鉴频式水位传感器的输出频率是成反比关系。图（3）水温传感器结构电路图

水温传感器结构见图（3）,水温的变化将引起电阻值的变化。由于采用的是负温度系数的热敏电阻，故当水温升高时，RT的电阻值将会下降。在实际电路中，电控单元ECU中的电阻器只是与水温传感器的热敏电阻器RT相串联的，故当热敏电阻RT的电阻值变化时，THW处所得分压值也将随之改变。水温传感器是用来将稻田田水温度的变化转换成电信号，并提供给电控单元（ECU），作为控制系统根据实际温度进行控制参数调控的主要依据。软件流程设计判断水温是否符合设定条件判断水位是否小于设定值开始开YNNY调节器不动作图（4）软件流程图读取测量的水位和水温判断水温是否符合设定条件判断水位是否小于设定值开始开YNNY调节器不动作图（4）软件流程图读取测量的水位和水温调节增加水量进行水温调节.设计预期的效果水温传感器测得温度，通过冷端补偿得到校正后的温度；水位传感器测得水压，经过整形电路修正可转化为深度；转化为电信号发送到计算机，再由实际的控制要求，进行水位水温的智能调控。.研究过程中可能遇到的困难和问题，解决的措施在调研过程中发现目前集成水位和水温于一体的传感器太少，而且都不能适用于稻田的环境。因此我们选择的这两种传感器是使用寿命较长的，能克服农业的恶劣环境的。在选择传感器时发现同类的传感器型号接近，不好做出最优选择，于是假装客户要购买和客服聊天，进行了更深入的了解，虽然最后还是没有购买，有点愧疚。7.参考文献[1]王雪文.张志勇.传感器原理及应用.北京