物联网传感器–液位传感器

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概述

在物联网领域,我们经常要测量某一液体(水或油)的位置和状态,就会用到液位传感器。液位传感器,也称为液位开关,设计用于在浸入液体时改变状态,它们用于确定容器中是否存在特定水平的液体或油。

液位传感器是非常重要的传感器之一,在各种消费/工业应用中发挥着非常重要的作用。工业应用包括运输罐、储罐和水处理罐中的液位传感,以及石油化工行业用于检测汽油、柴油和其他燃料等液体的液体。液位测量在家用应用中非常重要,包括电子设备,如饮水机、水蒸发器、蒸锅、锅炉监控系统、加热系统、洗衣机、蒸汽熨斗、榨汁机、自动咖啡机等。与其他类型的传感器一样,液位传感器可用或可以使用各种传感原理进行设计

根据要感测流体(或流体固体)存在的位置数量,液位传感器大致可分为三类:

单点液位传感器
液体位置
连续液位传感器
固体监测
多点液位传感器
连续液位监测

传感器分类

光学液位传感器

传感器包含一个红外发光二极管和一个光电晶体管。由于来自发光二极管的光被传输到传感器的光学头,因此当传感器浸入液体中时,光电晶体管获得零光(或更少的光),因为透射光束将被折射。如果没有液体,透射光将直接通过光头反射回光电晶体管。因此,如果传感器检测到液位,它将输出“低液位”信号

这些传感器可以检测几乎任何液体的存在与否。它们对环境光不敏感,在空气中不受泡沫的影响,在液体中不受小气泡的影响。这使得它们在必须快速可靠地记录状态变化的地方非常有用,并且它们可以在没有维护的情况下长时间可靠地运行。

光学液位传感器的缺点是它只能确定是否存在液体。

光学液位传感器原理
光学液位传感器原理
液位传感器安装方式

电容式液位传感器

电容液位传感器原理:instrumentationtools.com

电容液位测量的原理是基于电容的变化。电容式传感器有两个板:一块板用作绝缘电极,另一块板用作罐壁。电容取决于液位。空罐具有低电容,而填充罐具有较高的电容。一个简单的电容器由两个电极板组成,由小厚度的绝缘体(如固体、流体、气体或真空)隔开

电容式液位开关的优点是它可以用来确定容器中液体的上升或下降。通过使电极与容器高度相同,可以测量电极之间的电容。无电容意味着无液体。全电容意味着全容器。必须记录“空”和“满”测量值,然后用0%和100%校准的仪表以显示液位

C=E(KA/d) 其中: C = 电容,单位为皮秒法拉 (pF) E = 一个常数,称为自由空间的绝对介电常数 K = 绝缘材料的相对介电常数 A = 导体的有效面积 d = 导体之间的距离。它们的缺点之一是电极腐蚀会改变电极的电容,需要清洁或重新校准。它们对所用液体的类型也更敏感。

导电液位传感器

导电液位开关是在特定液位处具有电触点的传感器。两个或多个带有裸露尖端的绝缘电极用于降低到液体中的管道内。较长的电极承载低电压,而较短的电极用于在液位上升以满足时完成电路。当液体覆盖探头时,其电极在电路上形成一部分,导致电流流动,发出高电平或低电平信号。

与电容式液位开关一样,导电液位开关取决于液体的电导率。因此,它们仅用于测量某些类型的液体。此外,必须定期清洁这些传感器尖端,以减少结垢

电导率传感器的三种不同变体

隔膜液位传感器

隔膜液位传感器
隔膜液位传感器

隔膜或气动液位开关依靠气压推动隔膜,隔膜与设备主体内的微动开关啮合。随着液位的增加,检测管中的内部压力将增加,直到微动开关被激活。随着液位的下降,气压也会下降,开关打开。

基于隔膜的液位开关的优点是罐内不需要电源,它可以与多种类型的液体一起使用,并且由于开关不与液体接触。但是,由于它是一种机械设备,因此随着时间的推移,它将需要维护

浮子液位传感器

浮子开关是最初的液位传感器。它们是机械装置。一个中空的浮子连接到一个臂上。当浮子在液体中上升和下降时,手臂被上下推动。手臂可以连接到一个磁性或机械开关以确定开/关,或者它可以连接到一个仪表,当液位下降时从满到空。

马桶水箱中的浮球开关是最常用的浮球液位传感器。污水泵还使用浮动开关作为一种经济高效的方式来测量地下室污水坑中的水位。由于它们是机械的,因此必须比其他液位开关更频繁地使用

浮球液位传感器
浮球液位传感器

浮控开关可以测量任何类型的液体,并且可以设计为无需任何电源即可运行

超声波液位传感器

超声波回声测深传感器

超声波水位传感器的工作原理是超声波换能器(探头)在遇到被测物位(物体)表面时发出高频脉冲声波,被反射,反射回波被传感器接收。换能器并转换成电信号。声波的传播时间。它与声波到物体表面的距离成正比。声波传播距离S与声速C和声传播时间T可以用公式表示:S = C × T / 2。

由于不与待测流体接触,超声波液位测量技术可用于禁止需要接触的传感器的应用。这些传感器没有移动部件,因此非常可靠,几乎不需要维护

振动叉或音叉液位传感器

采矿、化学加工以及食品和饮料行业中液体、粉末和细粒固体的应用级控制。工作原理是基于音叉传感器在其固有频率并检测存在应用介质时的频率和幅度的变化

振动传感器技术非常适合固体和液位控制,包括粘性材料和泡沫,以及粉末和细粒固体。但是,可以使用音叉的应用类型仅限于溢出或干式运行型应用,并且它们不提供连续的过程测量。但是,可以与连续液位检测系统结合使用,作为过量灌装和泄漏的报警点。

音叉液位传感器
音叉液位传感器

雷达液位传感器

雷达液位计是一种基于时间行程原理的物位测量仪器。雷达波以光速传播,行进时间可以通过电子元件转换为电平信号。探测器发出在太空中以光速传播的高频脉冲。当脉冲遇到材料表面时,它们被仪器内部的接收器反射和接收,将距离信号转换为电平信号。

雷达传感器采用特殊的时间间隔调整技术,对每秒的回波信号进行放大和定位,然后进行分析处理。因此,雷达传感器可以在0.1s内准确细致地分析和处理这些放大的回波信号,而无需花费大量时间分析频率

雷达液位传感器
雷达液位传感器

液位传感器的选择

用户可以根据所要测量的介质、成本、精度和安装进行选择。

类型介质优势劣势
浮子液体精确测量 不受泡沫和粘度的影响 价格低廉,无需维护对波浪敏感测量范围低 (< 1 m)
不适用于腐蚀性产品
静液压液体精确测量不受泡沫和粘度的影响,易于安装测量范围广需要定期维护
干预所需的引流
雷达液体 固体 贴非接触式测量无需维护,安装方便非常精确的测量
可调测量范围可承受高温(高达450°C)
对导电产品敏感
制导液体 固体 贴非接触式测量非常精确的测量
不受产品表面干扰的影响对环境的敏感性极低测量范围广
对导电产品敏感
超声波液体 固体非接触式测量精确测量,自清洁,
无需维护,测量范围广,易于安装
对温度变化敏感,对极端温度敏感
不适用于发泡和除尘产品,对导电产品敏感
电容式液体 颗粒产品 粉末易于安装 可以承受非常高的温度和压力 重型 对粘性和粘性产品不敏感
辐射所有类型的流体适用于所有应用 非接触式测量 对产品特性不敏感 耐腐蚀性产品 耐极端温度和压力昂贵的技术
需要定期维护
选择指南:guide.directindustry.com

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水位传感器应用场景

水位传感器的用途包括以下应用:

  1. 水池和水箱的水位测量
  2. 江河湖泊水位测量
  3. 海平面测量
  4. 酸碱液体液位测量
  5. 油车和邮箱的油位测量
  6. 游泳池水位控制
  7. 海啸预警和海平面监测
  8. 冷却塔水位控制
  9. 污水泵液位控制
  10. 远程监控液位

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