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， 高位梢，低位梢，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，具广泛应用 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

2、感器、液位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

3、传感 器、半导体应变片压力传感器电、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，

4、电阻发生变化的特性来测量的。应变电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。bug M12/21V侑感矗桁人光r-ion m0 -IW m 棹Wiff传幅蚣啃机10.0 Mh0 -100 10 斓。岫山 + - 20mA期讲入塔塔。-5V1-5V二孰A琳工球典能林黑就出任号；。4 KknAI痴皤型Q 7V1 -5V三崎趟号工赫期图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

5、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？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250Q的电阻，INP采用第33个，正极 接“17”，负极接“ 18” ；液位传感器采用50Q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

6、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液位传感器的数值，记录液体的温度。五、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(C)液体密度 (Kg/m3)0.007-0.113024.6/0.011-0.0080.124.8997.070.02

7、10.0890.224.9997.0450.0310.1850.324.9997.0450.0410.2810.425.0997.020.0510.3770.524.9997.0450.0610.4760.624.9997.0450.0710.5740.724.7997.0950.0810.6710.825.6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(C)液体密度 (Kg/m3)0.0810.6690.824.9997.0450.0720.5700.724.9997.0450.0620.4740.624.9997.0450.052

8、0.3750.524.9997.0450.0420.2780.424.9997.0450.0320.1830.324.9997.0450.0220.0850.224.9997.0450.012-0.0120.124.9997.0450.007-0.096025.2/将在某一液位高度下记录的两组数据取平均值，结果见表 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(C)液体密度 (Kg/m3)0.007-0.105025.2/0.012-0.010.124.9997.0450.0220.0870.224.9997.0450.0320.1840.324.9997.045

9、0.0420.2800.424.9997.0450.0520.3760.524.9997.0450.0620.4750.624.9997.0450.0720.5720.724.9997.0450.0810.6700.824.9997.0451 .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=p gh, g=9.8 N/Kg, p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

10、二行数据：P=997.045 Kg/m3*9.8N/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)0.0100.0200.0290.0390.0490.0590.0680.078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

11、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

12、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

13、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：液体压力二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

14、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0.032at 4传感器的接线方式有那些？有什么应用区别？答：对于压力传感器，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

15、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0.00-0.10MPa, 信号输出范围是0-5V,则当信号电压为1V寸，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 的直流电压引出来测量。当然，也可以直接