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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\o1-3\h\u1绪论
11.1国内外油库现状
11.2油库的布局要求
21.
2.1平面布置
21.
2.2立面布置
31.3油库的主要设备
41.4油库的工艺流程及主要技术指标
51.5油库监控目标和要求
51.6系统I/O点数统计62传感器介绍
82.1压电式传感器
82.2压力式液位传感器
82.
2.1工作原理
82.
2.2压力液位传感器的分类
92.
2.3压力液位传感器的功能特性
102.
2.4主要技术参数
102.3压力式液位传感器的选择
102.
3.1液位传感器的选择技巧
102.
3.2ZRN701A投入式液位传感器113其他传感器选型
153.1热电阻温度传感器
153.
1.1工作原理
153.
1.2选型须知
153.2热电偶
163.
2.1工作原理
163.
2.2结构要求
173.3应变式压力传感器
173.
3.1工作原理
173.
3.2内部结构
183.4压电式压力传感器
183.
4.1压电式压力传感器的特点
183.
4.2压电式压力传感器的应用184结论20参考文献21附录A热电偶分度表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,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m³,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500×104m³以上,单罐容积达10-15×104m³,小的也有几千到几万m³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 70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
1.
2.1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,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
1.
2.2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AImmA10091155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Ρ=ρ.g.H+Po式中 P变送器迎液面所受压力 ρ被测液体密 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ρ.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4~20mA(二线制)直流信号,此信号可由液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Ρ=ρ.g.H+Po式中P变送器迎液面所受压力 ρ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ρ.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-40~150℃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%FS2)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
2.
2.4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:4-20mA2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0‐300m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%FS℃;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250-1425Ω;电压型≥2KΩ;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,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.
3.2ZRN701A投入式液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2-1ZRN701A投入式液位传感器技术参数测量形式及范围0~1~200mH2O允许过载2倍满量程压力工作温度-20~80℃温度补偿-10~70℃存储温度-40~80℃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4~20mA二/三线制、0~10/20)mA0~5V、1~5V、0~10V供电电源15~36VDC标定电压24VDC负载Ω电流输出型U-15V/
0.02A、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(接线盒变送器部分)图2-1ZRN701A投入式液位传感器尺寸图产品选型表2-2ZRN701A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
1.0~5VDC
2.二线制4~20mA默认
3.0~10mA
4.其它注明A口准确度
1.
0.
12.
0.
23.
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)
2.0~100%线性指示
3.LCD数字量程显示(液晶)
4.LCD数字0~100%显示(液晶)
5.LED数码管0~100%显示相关图片图2-3ZRN701A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~+850°C范围内的温度,少数情况下,低温可测至1K,高温达1000°C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
3.
1.1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
3.
1.2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热电偶
3.
2.1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
3.
3.1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ρ——金属导体的电阻率(Ω·cm²/m)S——导体的截面积(cm²)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
3.
3.2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3-4压电式压力传感器
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4.1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
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4.2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,不然永远都学不会在此要感谢我们的指导老师徐老师对我们悉心的指导,感谢老师们给我们的帮助在整个设计中我懂得了许多东西,也培养了我独立工作的能力,树立了对自己工作能力的信心,相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响而且大大提高了动手的能力,我怕体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦虽然这个设计做的也不太好,但是在设计过程中我很享受自己做出来东西的感觉,很快乐参考文献
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000.
0550.
1130.
1730.
2350.
2990.
3650.
4320.
5020.
5731000.
6450.
7190.
7950.
8720.
951.
0291.
1091.
191.
2731.
3562001.
441.
5251.
6111.
6981.
7851.
8731.
9622.
0512.
1412.
2323002.
3232.
4142.
5062.
5992.
6922.
7862.
882.
9743.
0693.
1464003.
263.
3563.
4523.
5493.
6453.
7433.
843.
9384.
0364.
1355004.
2344.
3334.
4324.
5324.
6324.
7324.
8324.
9335.
0345.
1366005.
2375.
3395.
4425.
5445.
6485.
7515.
8555.
966.
0646.
1697006.
2746.
386.
4866.
5926.
6996.
8056.
9137.
021.
1287.
2368007.
3457.
5457.
5637.
6727.
7827.
8928.
0038.
1148.
2258.
3369008.
4488.
568.
6738.
7868.
8999.
0129.
1269.
249.
3559.
4710009.
5859.
79.
8169.
93210.
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16510.
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51710.
635110010.
75410.
87210.
99111.
1111.
22911.
34811.
46711.
58711.
70711.
827120011.
94712.
06712.
18812.
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42912.
5512.
67112.
79212.
91313.
034130013.
15513.
27613.
39713.
51913.
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88314.
00414.
12514.
247140014.
36814.
48914.
6114.
73114.
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97315.
09415.
21515.
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57615.
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93716.
05716.
17616.
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24317.
3617.
47717.
59417.
77117.
826170017.
94218.
05618.
1718.
28218.
39418.
50418.612——————表A-1铂铑10-铂热电偶分度表(分度号S)(参考端温度为0℃)。