压力和液位传感器测量实验Word格式.docx

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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？

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250Ω的电阻，INP采用第33个，正极接“17”，负极接“18”；

液位传感器采用50Ω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

-0.113

24.6

/

0.011

-0.008

0.1

24.8

997.07

0.021

0.089

0.2

24.9

997.045

0.031

0.185

0.3

0.041

0.281

0.4

25.0

997.02

0.051

0.377

0.5

0.061

0.476

0.6

0.071

0.574

0.7

24.7

997.095

0.081

0.671

0.8

25.6

从塔内放水时记录的实验数据见表2。

表2实验数据

0.669

0.072

0.570

0.062

0.474

0.052

0.375

0.042

0.278

0.032

0.183

0.022

0.085

0.012

-0.012

-0.096

25.2

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

-0.105

-0.01

0.087

0.184

0.280

0.376

0.475

0.572

0.670

1.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=ρgh，g=9.8N/Kg，ρ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=997.045Kg/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

压力实际值（at）

0.010

0.020

0.029

0.039

0.049

0.059

0.068

0.078

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液位实际值与显示值数据

液位实际值（m）

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。

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？

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。

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。

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？

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来测量。

当然，也可以直接测量电路中的电流。

比如，一个二线制的压力传感器，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0-20MA，则当回路中电流测量值为10MA时，系统的压力为0.05MPa。

5.如何用液位传感器控制一个自动阀？

先设定一个需要控制的高度，当液位传感器测量的液体高度大于仪表设定好的控制值时，仪表会驱动出水电磁阀打开，让液体排出；

当塔内液体小于要求的高度时，会输出信号控制出水电磁阀会自动关闭，或者使进水电磁阀打开，保持在设定的液位。