油库安全监测系统传感器课程设计-压力式液位传感器设计

1、 课 程 设 计课程 安全检测技术课程设计 题目 油库安全监测系统传感器设计七 （压力式液位传感器设计） 电子工程学院 安全工程专业 安全 1001 班学号 201005040123 学生 胡萧超 指导老师 徐 竟 天 二一三年六月安全检测技术课程设计任务书题 目油库安全监测系统传感器设计七（压力式液位传感器设计）学生姓名胡萧超学号201005040123专业班级安全1001设计内容与要求课程设计主要完成某油库安全监测系统硬件设计中电容式压力传感器的选型、应用及接线等。要求运用已学过各类传感器的知识，完成安全监测系统中传感器的原理、选型、厂家产品参数、接线等内容，将书本传感器的理论知识与厂家具

2、体产品对应起来，使得可以真正理论联系实际。要求熟悉相关传感器的原理与硬件结构，学会计算机监测系统硬件设计的步骤和方法，具有初步设计小型计算机安全监测系统硬件方案中传感器部分的能力。课程设计内容及基本要求如下：1.熟悉油库工艺流程、监控目标及监控要求。2.学会常用的各种传感器（温度、流量、压力、液位等）参数及使用，了解其工作原理。3.课程设计中以压力式液位传感器为主，详细介绍所选液位传感器的工作原理、硬件组成、测量电路、使用时的注意事项。详细介绍所选压力传感器的厂家产品参数、接线、特点等参数。4.完成监测系统硬件方案设计，画出原理图。 5.课程设计时间一周，完成课程设计报告。起止时间2013年6

3、月17日 至 2013年6月23日指导教师签名年 月 日系（教研室）主任签名年 月 日学生签名年 月 日目 录TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc9410 1 绪论 PAGEREF _Toc9410 1 HYPERLINK l _Toc9817 1.1 国内外油库现状 PAGEREF _Toc9817 1 HYPERLINK l _Toc18020 1.2 油库的布局要求 PAGEREF _Toc18020 2 HYPERLINK l _Toc256 平面布置 PAGEREF _Toc256 2 HYPERLINK l _Toc9569 立面布置 PAGEREF _To

4、c9569 3 HYPERLINK l _Toc3662 1.3 油库的主要设备 PAGEREF _Toc3662 4 HYPERLINK l _Toc6468 1.4 油库的工艺流程及主要技术指标 PAGEREF _Toc6468 5 HYPERLINK l _Toc3934 1.5 油库监控目标和要求 PAGEREF _Toc3934 5 HYPERLINK l _Toc28560 1.6 系统I/O点数统计 PAGEREF _Toc28560 6 HYPERLINK l _Toc12588 2 传感器介绍 PAGEREF _Toc12588 8 HYPERLINK l _Toc2220

5、2.1 压电式传感器 PAGEREF _Toc2220 8 HYPERLINK l _Toc9312 2.2 压力式液位传感器 PAGEREF _Toc9312 8 HYPERLINK l _Toc17688 2.2.1 工作原理 PAGEREF _Toc17688 8 HYPERLINK l _Toc14371 2.2.2 压力液位传感器的分类 PAGEREF _Toc14371 9 HYPERLINK l _Toc3417 2.2.3 压力液位传感器的功能特性 PAGEREF _Toc3417 10 HYPERLINK l _Toc14560 主要技术参数 PAGEREF _Toc1456

6、0 10 HYPERLINK l _Toc21059 2.3 压力式液位传感器的选择 PAGEREF _Toc21059 10 HYPERLINK l _Toc6631 2.3.1 液位传感器的选择技巧 PAGEREF _Toc6631 10 HYPERLINK l _Toc4227 2.3.2 ZRN701A投入式液位传感器 PAGEREF _Toc4227 11 HYPERLINK l _Toc26952 3 其他传感器选型 PAGEREF _Toc26952 15 HYPERLINK l _Toc31134 3.1 热电阻温度传感器 PAGEREF _Toc31134 15 HYPERL

7、INK l _Toc18272 工作原理 PAGEREF _Toc18272 15 HYPERLINK l _Toc13757 选型须知 PAGEREF _Toc13757 15 HYPERLINK l _Toc10220 3.2 热电偶 PAGEREF _Toc10220 16 HYPERLINK l _Toc3324 工作原理 PAGEREF _Toc3324 16 HYPERLINK l _Toc4258 3.2.2 结构要求 PAGEREF _Toc4258 17 HYPERLINK l _Toc31772 3.3 应变式压力传感器 PAGEREF _Toc31772 17 HYPER

8、LINK l _Toc27037 工作原理 PAGEREF _Toc27037 17 HYPERLINK l _Toc6078 内部结构 PAGEREF _Toc6078 18 HYPERLINK l _Toc22047 3.4 压电式压力传感器 PAGEREF _Toc22047 18 HYPERLINK l _Toc31387 压电式压力传感器的特点 PAGEREF _Toc31387 18 HYPERLINK l _Toc122 压电式压力传感器的应用 PAGEREF _Toc122 18 HYPERLINK l _Toc7762 4 结论 PAGEREF _Toc7762 20 HYP

9、ERLINK l _Toc23067 参考文献 PAGEREF _Toc23067 21 HYPERLINK l _Toc15294 附录A 热电偶分度表 PAGEREF _Toc15294 221 绪论凡是用来接收、储存和发放原油或原油产品的企业和单位都称为油库。同时，油库也指用以贮存油料的专用设备，因油料具有的特异性用以相对应的油库进行贮藏。油库是协调原油生产、原油加工、成品油供应及运输的纽带，是国家石油储备和供应的基地，它对于保障国防和促进国民经济高速发展具有相当重要的意义。随着交通、国防、石化事业飞速发展，油品供求成倍增长。随之加油站、油库、输油管线及相关配套计量管理器措施也在快速跟进

10、，油库除新建外，老库急需增容扩建，由于经济体制及管理模式不同致使油库管理水平参差不齐。 1995年以来，国家安全生产管理局针对油站油库安全隐患、环境污染、合理使用能源诸多问题。随着新科技引用，要求油库配备液位仪配备必要的安全监测（监控）系统。近年来不断有大型爆炸事故发生在石油化工企业，不仅造成重大的人员、财产损失，也暴露了我国石油化工生产安全保障体系存在着安全隐患。本课程设计根据课程设计指导书以及相关资料，运用智能模块，组态王能软件系统，设计和绘制油库监控系统和工艺流程图。本文针对以上情况提出了油库储罐安全监测系统的设计思想，并对该系统的组成和特性进行了详细的描述。介绍了将管理软件和硬件监控相

11、结合的安全生产监控系统，把罐区诸多危险因素和危险参数给予实时监测、报警和控制，及时发现事故隐患，并采取措施加以防范，避免事故的发生。为加强油罐区安全管理、减少事故的发生提供了有效安全监测方法。1.1 国内外油库现状我国非常丰富的石油资源，是今后一个时期内国民经济发展的重要因素之一，无论是开发利用国内石油资源，还是利用国外石油资源，它们都离不开储备油库。在石油价格飙升的带动下，目前全国范围内压缩石油的需求也在急剧上升。石油在城市中的应用越来越广泛，使得许多城市的油库建设成为重点。由于技术的原因，目前我国城市用油以城市加油站为主。在现在加油站不断增多的情况下，要求有更多的油库尽快建成。全国各省市地

12、方也在积极地兴建新的油库，改进油库建设技术，发展油库，保证油库安全，这些都显的极为重要。国内外油库建设技术领域的专家学者就油库设计开发应用前景及合作已进行了很长时间的研究。有关专家认为，管道局与国内外压缩机生产、科研及技术服务等单位的合作，必将推动油库建设效率、高稳定性、高信息化、高科技含量和高附加值的方向发展。根据我国国情，我国现在战略储备量还很少，但近年来国内油库库容保持快速增长态势。到2011年底，我国油品储备总量达到5756万m，从地域来看，主要分布在广东、江苏、浙江、上海、山东等地。预计到2020年，我国石油储备将达8500万吨。石油库建设规模不一，库容大则在500104m以上，单罐

13、容积达(10-15)104m，小的也有几千到几万m。目前很多新建、在建的项目都是30万立方米以上的超大型油库。这预示着在未来的十几年间，我国油库的发展在以后会有很大的发展空间，还有一大批油库待建。同时，我国油库的自动化控制技术也在加快发展中。但计算机监控系统在油库现场的应用比外国起步迟，相对落后。因此将计算机应用在油库的安全建设和监控方面更加重要。在国外，对大型石油石化公司的“低成本战略”进行了全方位、多角度的综合分析，并提出了适合我国石油石化工业国情的“低成本战略”。美国政府早在二战时期就有国家战略石油储备的构想，但直到20世纪70年代“石油危机”发生后，美国的战略石油储备才开始正式建立。7

14、0年代前期，阿拉伯国家以石油为武器对西方国家实施禁运，导致美国国内石油产品供应紧缺，价格飞涨，最终使美国经济陷入长时期的严重衰退。美国前总统福特于1975年12月22日签署了能源政策和储备法，其中最重要的内容之一就是决定建立战略石油储备，目的是为了在此后发生类似事件时，可以对美国能源市场起到保护和缓冲作用。1.2 油库的布局要求 平面布置 油库平面布置的目的是为了合理地确定油库各设施的位置，以保证油库有一个安全的环境，使得油品的储存、输转以及收发作业能够顺利地进行。油库装卸区的位置取决于铁路专用线的进库方位和码头位置。铁路装卸区宜布置在油库的边缘地带，这样不致因铁路油罐车的进出而影响其它各区的

15、操作管理，也减少铁路与库内道路的交叉，有利于安全和消防。水路装卸区的内河装卸油品码头应建在其它相邻码头或建（构）筑物的下游，如确有困难时，在设有可靠的安全设施条件下，亦可建在上游。海港装卸油品码头，不宜与其它码头建在同一港区水域内，主要是考虑当装卸油码头与其它码头布置在同一港区水域内时，一旦油船或油码头发生火灾，船舶撤离困难，特别是当装卸油码头设在港区进出口附近时，船舶根本无法撤离，将会造成严重损失。如确有困难时，在设有可靠的安全设施条件下（如加强消防和防污染等措施），亦可建在同一港区水域内。 公路装卸区应布置在油库面向公路的一侧，油库出入口附近，并尽量靠近公路干线，以便与公路干线衔接。该区是

16、外来人员和车辆来往较多的区域，宜设围墙与其它各区隔开，并应设单独的出入口，外来车辆可不驶入其它各区，出入方便，比较安全。在出入口处应设业务室、休息室，外来人员只限在该区活动，更有利于安全管理。储油区是油库平面布置的重点。油库中绝大多数油品都储存在这里，它是油库的核心要害部位，要特别注意它的安全。储油区的位置在工艺上，应使收发油的作业都比较方便，输油线路短。一般油罐排列的顺序是轻质油罐离装卸油泵房较远，重质油罐离装卸油泵房较近，大多数是汽油、煤油、柴油的顺序，这样排列在工艺上是有利的。因为轻质油品的粘度比较小，不需要加热，管线长度增加，摩阻损失增加不大。对于粘度较大、凝固点较高的重质油品的油罐，

17、如果布置在较远的位置，由于管线增长，相应的加热保温设施也要增加，不仅管线的摩阻损失增加，而且管线的建设投资费用也要增加。辅助生产区是为生产服务的，其有关设施应尽量靠近生产单位，以利于生产。锅炉房为明火生产建筑，应布置在油气散发区年最小风频方向的下风侧，并尽可能布置在供热负荷的中心地段或接近热负荷较大的建（构）筑物，以便尽量缩短管线，减少热损耗，并考虑自流回水的可能性。消防泵房的位置要便于进水，便于瞭望油罐区和消防人员的活动。行政管理区内的一些业务部门，一般布置在油库主要出入口附近，并应设单独对外的出入口，宜设围墙与其它各区隔开，以便于联系工作和使接洽业务人员不进库区。 油库内的道路设计，应使库

18、内各区之间有公路连接。布置在库内的道路应做到联系方便，线路短捷，便于排水，符合安全防火要求。污水处理设备的布置位置，应便于承接各种污水管道和适合处理后的排放方向，并与行政管理区与生活区有一定的距离和处于下风方向，在总图设计之前，应会同建设单位和地方有关单位一起复勘，落实雨水、污水排放方向和归宿地点。 立面布置进行立面布置的目的，是要合理地确定出各工艺设备、建（构）筑物和管线的标高，保证各生产设施之间，特别是装卸油品作业时能有良好的工作条件，满足生产上的需要。同时，要通过立面布置使土石方工程量最小，并达到基本平衡。对库内地势予以全面规划，以便于排泄地面水，保证管线及道路坡度均匀。油库若建在平原地

19、区，场地可以随着原有地势，适当平整，然后定出相应的设施和建（构）筑物标高；若在山区建库，则可根据该项设备的位置，结合地形和生产要求决定其标高，油库场地则分区分项给予平整。图1-1 油库平面布局图1.3 油库的主要设备1. 储油设备 （1）立式圆形金属油罐 锥顶罐:主要用于储存润滑油 拱顶罐:主要用于储存柴油、煤油、汽油、重油 内浮顶罐:主要用于储存汽油 外浮顶罐:主要用于储存原油 （2）卧式油罐 地上:大多用于储存润滑油,也有用于加油站地上储油罐和LPG储罐 地下:主要用于加油站地上和地下储油罐 （3）球罐 主要用于储存液化石油气2 . 输送设备主要有:管线，阀门，机泵。管线敷设在库区，大多数

20、情况下不会出现问题。比较容易出现问题，或者我们与之关系密切的主要是阀门和机泵。.机泵和阀门是油库的主要设备。油库用泵类型:收发油泵:离心油泵,螺杆泵，而重油收油也有用往复泵。扫舱扫线泵:齿轮泵,真空泵(往复式和水环式),往复式泵等。消防泵:清水泵和泡沫泵，大多使用多级离心泵(D型).。常用阀门类型如下:闸伐，截止伐，球伐，旋伐，单向伐，安全阀，减压伐，节流伐等。3. 收发油设备 主要有:装卸油鹤管，栈桥等，用于进行收发油操作。4. 码头设施码头，趸船，栈桥，输油臂，收油胶管等。5. 仪表设备计量、测温、测压仪表。计量仪表设备主要的是液位计和流量计。液位计：钢带式，差压式，雷达，超声波液位计。流

21、量计大致可分为速度式和容积式，速度式流量计大都用于计量粘度密度较小的油品，而容积式流量计主要用于计量粘度密度较大的油品。流量计：涡轮，椭圆齿轮和萝茨流量计等。测温测压仪表：温度计和压力表6. 油罐附件呼吸阀，阻火器，量油孔，透光孔，通气孔，人孔，进出油管线，放水管，排污孔，胀油管，放气管等。7. 其它设备电机、电器、压缩机、过滤器和法兰等。1.4 油库的工艺流程及主要技术指标所谓工艺流程是指油库所有工艺设备为完成油库的业务而构成的有机集合。工艺流程应包括油库内管线、管件、阀门、机泵、油罐及其连接关系，所输、所储油品的种类，设备的大小型号，油品的流向等。如果把这种有机集合反映在图纸上，便是工艺流

22、程图。对油库的工艺流程设计一般有如下要求： 1）能够完成油库所有业务要求，保证油品质量； 2）操作方便，互不干扰，不致因几种油品同时收发而互相影响； 3）调度灵活，泵机组间互为备用； 4）安全可靠，能尽可能地避免误操作，能在发生故障时迅速切断油路； 5）经济节约，充分发挥设备的利用率。油库的工艺流程一般有：分离器流程。从各个采油队输送过来的原油首先通过计量器计量后又进入联合站的油气水三相分离器，在这里实现气体和液体的分离。原油从分离器一端进入，然后天然气从另一端上部流出进行天然气外输，而油水混合的液体从下部流出进入一次沉降罐。油罐区流程。油罐区的储罐主要的任务是进行油水分离，分离器将油水混合液

23、体输入沉降罐，沉降罐分离出大部分的原油，并把部分天然气再行收集，而将水输到污水区，进行污水处理，然后原油进入加热炉加热和脱水器脱水。经过加热和脱水后的原油进入净化油罐，等待外输。加热炉流程。从油罐区二次沉降罐输送过来的原油在这里经过加热，以利于原油的输送，然后送到脱水器脱水。原油外输流程。经过加热和脱水处理的原油含水已经很少，通过原油外输泵将原油输送出联合站。污水处理工艺流程。在这一流程里，从一次沉降罐过来的污水首先进入缓冲罐，将含有的残留天然气进行收集。1.5 油库监控目标和要求本课程设计研究目的是针对集油站发油，装油、卸油等工艺过程的分析，进行监控系统的硬件与软件设计，同时对系统的适应性进

24、行研究，建立一套具有实际应用能力的监控系统。本次设计的计算机监控系统应达到以下目的： 1）能及时地，正确地对运行设备的运行参数和运行状况做出全面监测，预防和消除事故隐患。2）对设备和运行状况进行必要的指导，提高设备运行的安全性、可靠性和有效性，把运行设备发生事故的概率降低到最低水平，将事故造成的损失减低到最低程度。3）通过对运行设备进行监测、隐患分析和性能评估等，为设备的结构修改、设计优化和安全运行提供数据和信息。总的来说，进行计算机监测的目的就是确保设备的安全运行，预防和消除事故隐患，避免事故发生。因此，自动化控制与管理信息系统为实现加集油站全面自动化监控提供了可能。 1.6 系统I/O点数

25、统计根据油库的流程图，先要列出统计出系统的I/O点数，系统的I/O点数如表1-1所示. 系统I/O点数通过列表的形式列举如下表。表1-1 油库控制系统I/O变量表序号设备名称总点数控制量AIAODIDO11个三相分离器8水室的液位、压力、温度3油室的液位、压力、温度3油室、水室液位恒定控制221个缓冲罐4罐的液位、压力、温度3罐的压力恒定控制141个分馏塔3塔的液位、压力、温度351个沉降罐3罐的液位、压力、温度371个柴油罐3罐的液位、压力、温度381个天然气罐2罐的压力、温度291个汽油罐3罐的液位、压力、温度3107个电磁阀7阀的开、关控制7112个外输泵8泵的前后压力4泵的起、停2泵运

26、行状况显示2124个中输泵16泵的前后压力8泵的起、停4泵运行状况显示4136个流量计3监控个反应器前的流量6合计60383613在详细设计完I/O点数后，还要列些每个点的参数表，参数表中每一个值都必须与现场完全对应,得到下表1-2。表1-2 模拟量I/O点参数表I/O位号设备型号变量说明I/O类型工程单位信号类型量程上限量程下限报警上限报警下限偏差报警正常 值1三相分离器AImmA1009115AOcmA1000803010502天然气罐AImmA1009115AOpmA1000803010503缓冲罐AImmA1009115AOpmA1000803010504分馏塔AImmA1009115

27、5沉降罐AImmA10091156稳压罐AImmA1009115AOcmA1000803010507储油罐AImmA10091158泵AImmA10091159流量计AImmA10091152 传感器介绍2.1 压电式传感器压电式传感器是基于某些介质材料的雅典效应来工作的，它是一种典型的有源传感器。压电式传感器具有体积小、质量小、工作频带宽等特点，因此在各种动态力、机械冲力与振动的测量，以及声学、医学、力学、宇航等方面都得到了非常广泛的应用。在自然界中，大多数晶体都具有压电效应，但其压电效应十分微弱。随着对材料的深入研究，人们发现石英晶体、碳酸钡、锆碳酸铅等材料是性能优良的压电材料。压电材料可

28、以分为两大类：压电晶体和压电陶瓷。压电材料的主要特性参数有以下几个。（1）压电常数 压电常数是衡量材料压电效应强弱的参数，它直接关系到压电输出灵敏度。（2）弹性常数 压电材料的弹性常数决定着压电元件的固有频率和动态特性。（3）介电常数 对于一定形状、尺寸的压电元件而言，其固有电容与见电常数有关；而固 有 电容又影响着压电传感器的频率下限。（4）机械耦合系数。 在压电效应中，机械耦合系数是指转换输出能力（如电能）与输入的能力(如机 械能）之比的平方根，这是衡量压电材料机-电能量转换效率的一个重要参数。（5）电阻 压电材料的绝缘电阻将减少电荷的泄露，从而改善压电传感器的低频特性。（6）居里点温度。

29、 它是指压电材料开始丧失压电特性的温度。2.2 压力式液位传感器一般采用半导体膜盒结构，自检、自诊断和远传的功能。利用金属片接受液体压力。通过封入的硅油导压传送给半导体应变片进行压力式液位传感器的应用愈来愈广。近年来已经研制出了体积小、温度范围宽、可靠性好、精度高的压力式液位传感器，液位的丈量。由于固态压力传感器(压阻电桥式)性能的提高和微处理技术的发展。同时，其应用范围也不时地拓宽。2.2.1 工作原理用静压测量原理：当液位变送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： = .g.H + Po式中：P ：变送器迎液面所受压力：被测液体密g ：当地重力加速度Po ：液面上大气

30、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： .g.H ，显然 , 通过测取压力 P ，可以得到液位深度。2.2.2 压力液位传感器的分类简单介绍几种压力式液位传感器 1）压力式液位传感器 工作原理：压力式液位传感器主要由传感器、信号放大器等组成。适用于持续测量压载舱、吃水计以及燃油舱等多种介质的液位。安装在液舱底部的传感器可及时感应由于液体变化而引起的压力变化，并将压力变化转化换成电信号，通过电缆传送给信号放大器，输出420mA（二线制）直流信号，此信号可由液

31、位显示器直接显示液位的数值，亦可由装载计算机显示和控制舱柜的液位。 2）投入式液位传感器 用静压测量原理：当液位变送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： = .g.H + Po 式中：P ：变送器迎液面所受压力 ：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： .g.H ，显然 , 通过测取压力 P ，可以得到液位深度。 3）扩散硅压力传感器 工作原理PTJ301/301S扩散硅变

32、送器选用进口扩散硅压力芯片制成，当外界液位发生变化时，压力作用在不锈钢隔离膜片上，通过隔离硅油传递到扩散硅压力敏感元件上引起电桥输出电压变化，经过精密的补偿技术、信号处理技术、转换成标准的电流信号。该电流信号的变化正比于液位的变化。 4）溅射薄膜压力传感器薄膜式压力传感器采用进口的溅射合金薄膜压力敏感元件结合先进的加工工艺技术制作而成。压力介质直接作用的14-4PH不锈钢膜片上制作了组成惠斯登电桥的合金薄膜应变单元，该合金材料以分子形式在弹性体上淀积成薄膜应变电阻，薄膜电阻与弹性体以分子键合“融”为一体，可长期在-40150工作温度下稳定工作。2.2.3 压力液位传感器的功能特性 1）稳定性好

33、满度、零位长期稳定性可达 0.1%FS/ 年。在补偿温度 0到70 范围内温度飘移低于 0.1%FS 在整个允许工作温度范围内低于 0.3%FS 。 2）具有反向保护、限流保护电路在安装时正负极接反不会损坏变送器异常时送器会自动限流在 35MA 以内。 3）固态结构无可动部件高可靠性使用寿命长。 4）安装方便、结构简单、经济耐用。 主要技术参数工艺:扩散硅、陶瓷电容、蓝宝石、电容任选。分体式/一体式可选。量程： 0-0.5-200米；输出: 4-20mA 2线制）；供电：7.5-36VDC（推荐24VDCCBM-2100/CBM-2700）。投入式静压液位计可靠防腐并带有陶瓷测量单元的探头用于

34、净水、污水及盐水的物位测量。GY500投入分体式液位变送器采用扩散硅压阻芯体316全不锈钢结构壳体采用隔离防爆设计该投入式液位计主要适用于河流、地下水位、水库、水塔及容器等的液位测量与控制。电路采用信号隔离放大截频干扰设计抗干扰能力强防雷击过压保护限流保护抗冲击防腐等设计。测量介质：水、油等液体压力类型。表压、绝压：没有要求，默认表压；量 程：0300m中间量程任选；综合精度: 0.1%FS；输出信号: 420mA(二线制)、0-5V、1-5V、0-10V（三线制）； 供电电压 ：12-36VDC；介质温度：-30-60环境温度：-40-85；零点温漂移0.05%FS；量程温度漂移0.05%F

35、S；补偿温度：0-70；安全过载： 150%FS；极限过载：200%FS；采样频率2ms；负载能力电流型：250-1425；电压型2K；密封等级: IP68；长期稳定性能: 0.1%FS/年；振动影响： 在机械振动频率20Hz-1000H；内输出变化小于0.1%FS；机械连接螺纹接口: 投入式潜入式产品尺寸mm。2.3 压力式液位传感器的选择2.3.1 液位传感器的选择技巧 （1）根据测量对象与测量环境确定传感器的类型要进行个具体的测量工作，首先要考虑采用何种原理的传感器，这需要分析多方面的因素之后才能确定。因为，即使是测量同一物理量，也有多种原理的传感器可供选用，哪一种原理的传感器更为合适，

36、则需要根据被测量的特点和传感器的使用条件考虑以下一些具体问题：量程的大小；被测位置对传感器体积的要求；测量方式为接触式还是非接触式；信号的引出方法，有线或是非接触测量；传感器的来源，国产还是进口，价格能否承受，还是自行研制。在考虑上述问题之后就能确定选用何种类型的传感器，然后再考虑传感器的具体性能指标。 （2）灵敏度的选择通常，在传感器的线性范围内，希望传感器的灵敏度越高越好。因为只有灵敏度高时，与被测量变化对应的输出信号的值才比较大，有利于信号处理。但要注意的是，传感器的灵敏度高，与被测量无关的外界噪声也容易混入，也会被放大系统放大，影响测量精度。因此，要求传感器本身应具有较高的信噪比，尽员

37、减少从外界引入的厂扰信号。传感器的灵敏度是有方向性的。当被测量是单向量，而且对其方向性要求较高，则应选择其它方向灵敏度小的传感器；如果被测量是多维向量，则要求传感器的交叉灵敏度越小越好。 （3）频率响应特性液位传感器的频率响应特性决定了被测量的频率范围，必须在允许频率范围内保持不失真的测量条件，实际上传感器的响应总有定延迟，希望延迟时间越短越好。传感器的频率响应高，可测的信号频率范围就宽，而由于受到结构特性的影响，机械系统的惯性较大，因有频率低的传感器可测信号的频率较低。在动态测量中，应根据信号的特点(稳态、瞬态、随机等)响应特性，以免产生过火的误差。 （4）线性范围传感器的线形范围是指输出与

38、输入成正比的范围。以理论上讲，在此范围内，灵敏度保持定值。传感器的线性范围越宽，则其量程越大，并且能保证一定的测量精度。在选择传感器时，当传感器的种类确定以后首先要看其量程是否满足要求。但实际上，任何传感器都不能保证绝对的线性，其线性度也是相对的。当所要求测量精度比较低时，在一定的范围内，可将非线性误差较小的传感器近似看作线性的，这会给测量带来极大的方便。 （5）稳定性传感器使用一段时间后，其性能保持不变化的能力称为稳定性。影响传感器长期稳定性的因素除传感器本身结构外，主要是传感器的使用环境。因此，要使传感器具有良好的稳定性，传感器必须要有较强的环境适应能力。2.3.2 ZRN701A投入式液

39、位传感器 由油库的特征及产品的实用性和经济性相结合，进行综合分析之后选用ZRN701A投入式液位传感器。ZRN701A投入式液位传感器采用进口充油硅芯片，不锈钢全封焊结构设计，具有良好的防潮性能和极强介质兼容性，可用于许多工业场合较弱的腐蚀性介质中；电路部分的关键元器件、压力敏感芯子，选用国际著名品牌的元器件采用国际生产标准工艺，使产品的各项技术指标均达到国际水平，产品有很好的稳定性和较高的精度。适用范围： 工业现场液位测量与控制; 水文测量与监控; 水库大坝水位测量 ; 船舶及航海系统; 城市及供水系统; 循环水及污水处理系统;技术参数：表2-1 ZRN701A投入式液位传感器技术参数测量形

40、式及范围01200mH2O允许过载2倍满量程压力工作温度-2080温度补偿-1070存储温度-4080准确度（包含非线性、重复性、迟滞）0.2%FS(典型) 0.5%FS(最大)稳定性误差0.2%FS(典型)， 0.5%FS(最大)温漂系数0.01%FS(典型，量程不小于5mH2O)0.03%FS(典型，量程小于5mH2O)输出信号(420)mA(二/三线制)、(010/20）mA(05)V、(15)V、(010)V供电电源1536 VDC(标定电压24VDC)负载()电流输出型5K外壳材料合金铝O型圈氟橡胶膜片316L不锈钢电缆专用防水透气电缆防护等级IP68(压力传感器部分)，IP65（接

41、线盒变送器部分）图2-1 ZRN701A投入式液位传感器尺寸图产品选型：表2-2 ZRN701A投入式液位传感器选型图ZRN701A-口E口A口C口D口投入式液位变送器投入式液位变送器 （注明量程范围）口结构形式1. 一体式不带接线盒(默认） 2. 分体式带接线盒E口输出信号1. (05)VDC 2. 二线制(420)mA(默认) 3. (010)mA4. 其它注明A口准确度1. 0.1 2. 0.2 3. 0.5C口探头类型1. 默认为标准型（非防腐型 ） 2. 防腐型D口显示方式（仅限于分体式带接线盒类型）1. 无显示（默认）2. 0100%线性指示3. LCD数字量程显示（液晶） 4.

42、LCD数字0100%显示（液晶）5. LED数码管0100%显示相关图片： 图2-3 ZRN701A投入式液位传感器3 其他传感器选型3.1 热电阻温度传感器 热电阻温度传感器是利用导体或半导体的电阻值随温度变化而变化的原理进行测温的一种传感器温度计。热电阻温度传感器分为金属热电阻和半导体热敏电阻两大类。热电阻广泛用于测量-200+850C范围内的温度，少数情况下，低温可测至1K，高温达1000C。热电阻传感器由热电阻、连接导线及显示仪表组成，热电阻也可以与温度变送器连接，将温度转换为标准电流信号输出。用于制造热电阻的材料应具有尽可能大和稳定的电阻温度系数和电阻率，输出最好呈线性，物理化学性能

43、稳定，复线性好等。图3-1为目前最常用的热电阻有铂热电阻和铜热电阻。图3-1 热电阻温度传感器 工作原理 目前热电阻的引线主要有三种方式 二线制：在热电阻的两端各连接一根导线来引出电阻信号的方式叫二线制：这种引线方法很简单，但由于连接导线必然存在引线电阻r，r大小与导线的材质和长度的因素有关，因此这种引线方式只适用于测量精度较低的场合 三线制：在热电阻的根部的一端连接一根引线，另一端连接两根引线的方式称为三线制，这种方式通常与电桥配套使用，可以较好的消除引线电阻的影响，是工业过程控制中的最常用的。 四线制：在热电阻的根部两端各连接两根导线的方式称为四线制，其中两根引线为热电阻提供恒定电流I，把

44、R转换成电压信号U，再通过另两根引线把U引至二次仪表。可见这种引线方式可完全消除引线的电阻影响，主要用于高精度的温度检测。 选型须知 （1）型号 （2）分度号 （3）精度等级 （4）热电偶点数 （5）安装固定形式 （6）保护管材质 （7）长度或插入深度3.2 热电偶 热电偶（thermocouple）是温度测量仪表中常用的测温元件，它直接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号，通过电气仪表（二次仪表）转换成被测介质的温度。各种热电偶的外形常因需要而极不相同，但是它们的基本结构却大致相同，通常由热电极、绝缘套保护管和接线盒等主要部分组成，通常和显示仪表、记录仪表及电子调节器配套使用。图3-2

45、热电偶 工作原理热电偶直接测量温度，并把温度信号转 热电偶换成热电动势信号, 通过电气仪表（二次仪表）转换成被测介质的温度。热电偶测温的基本原理是两种不同成份的材质导体组成闭合回路,当两端存在温度梯度时,回路中就会有电流通过，此时两端之间就存在电动势热电动势，这就是所谓的塞贝克效应。两种不同成份的均质导体为热电极，温度较高的一端为工作端，温度较低的一端为自由端，自由端通常处于某个恒定的温度下。根据热电动势与温度的函数关系, 制成热电偶分度表; 分度表是自由端温度在0时的条件下得到的，不同的热电偶具有不同的分度表。 热电偶测温基本原理:将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路

46、。当导体A和B的两个执着点1和2之间存在温差时，两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一个大小的电流,这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。3.2.2 结构要求 热电偶的结构形式为了保证热电偶可靠、稳定地工作，对它的结构要求如下： 1）组成热电偶的两个热电极的焊接必须牢固； 2）两个热电极彼此之间应很好地绝缘，以防短路； 3）补偿导线与热电偶自由端的连接要方便可靠； 4）保护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离。3.3 应变式压力传感器 电阻应变片是一种将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的敏感器件。它是压阻式应变传感器的主要组成部分之一。电阻应变片应用最多的是金属电阻应变片

47、和半导体应变片两种。金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。通常是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，使应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小，一般这种应变片都组成应变电桥，并通过后续的仪表放大器进行放大，再传输给处理电路（通常是A/D转换和CPU）显示或执行机构。 图3-3 应变式压力传感器 工作原理金属电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上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。金属导体的电阻值可用下式表示：式中：金属导体的电阻率（c

48、m/m） S导体的截面积（cm） L导体的长度（m）我们以金属丝应变电阻为例，当金属丝受外力作用时，其长度和截面积都会发生变化，从上式中可很容易看出，其电阻值即会发生改变，假如金属丝受外力作用而伸长时，其长度增加，而截面积减少，电阻值便会增大。当金属丝受外力作用而压缩时，长度减小而截面增加，电阻值则会减小。只要测出加在电阻的变化（通常是测量电阻两端的电压），即可获得应变金属丝的应变情况。 内部结构电阻应变片由基体材料、金属应变丝或应变箔、绝缘保护片和引出线等部分组成。根据不同的用途，电阻应变片的阻值可以由设计者设计，但电阻的取值范围应注意：阻值太小，所需的驱动电流太大，同时应变片的发热致使本身

49、的温度过高，不同的环境中使用，使应变片的阻值变化太大，输出零点漂移明显，调零电路过于复杂。而电阻太大，阻抗太高，抗外界的电磁干扰能力较差。一般均为几十欧至几十千欧左右。3.4 压电式压力传感器压电式压力传感器大多是利用正压电效应制成的。正压电效应是指：当晶体受到某固定方向外力的作用时，内部就产生电极化现象，同时在某两个表面上产生符号相反的电荷；当外力撤去后，晶体又恢复到不带电的状态；当外力作用方向改变时，电荷的极性也随之改变；晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。逆压电效应又称电致伸缩效应，是指对晶体施加交变电场引起晶体机械变形的现象。用于电声和超声工程的一般使用逆压电效应制造的变送器。图

50、3-4 压电式压力传感器 压电式压力传感器的特点压电式压力传感器大多是利用正压电效应制成的。正压电效应是指：当晶体受到某固定方向外力的作用时，内部就产生电极化现象，同时在某两个表面上产生符号相反的电荷；当外力撤去后，晶体又恢复到不带电的状态；当外力作用方向改变时，电荷的极性也随之改变；晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。逆压电效应又称电致伸缩效应，是指对晶体施加交变电场引起晶体机械变形的现象。用于电声和超声工程的一般使用逆压电效应制造的变送器。 压电式压力传感器的应用压电式压力传感器大多是利用正压电效应制成的。正压电效应是指：当晶体受到某固定方向外力的作用时，内部就产生电极化现象，同时在

51、某两个表面上产生符号相反的电荷；当外力撤去后，晶体又恢复到不带电的状态；当外力作用方向改变时，电荷的极性也随之改变；晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。逆压电效应又称电致伸缩效应，是指对晶体施加交变电场引起晶体机械变形的现象。用于电声和超声工程的一般使用逆压电效应制造的变送器。4 结论此次课程设计经历了两周的时间，本来以为挺简单的。但是自己一操作，感觉无从下手的感觉，从油库的流程还是到压力液位传感器都是在课程中接触很少的。自己查阅了很多的资料，还借鉴了很多上级学长的资料。慢慢的一点一点写出来。课程设计中，关于压力液位传感器的资料不多，网上也都没有。自己慢慢一点一点找。也不知道对不对，就写上去了，有错误的地方，希望徐老师能够指出来，让我再改进。知识的累积是一步一步的，课程设计虽然难，但一点一点磨，总能做出来。通过这次课程设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。 以后不管做什么都要亲自动手，自己明白的才是自己的