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密度传感器概述及工作原理

发布日期:2022-06-05

密度传感器概述

液体密度传感器就是指可以感受得到液体密度的,并且可以把它转换成为可以利用的输出信号的传感器,液体密度传感器可以分为六类:电容式、超声波式、音叉式、谐振式、射线式和振动管式液体密度传感器。

工作原理

介质产生的压力由隔离膜片和硅油传递给位于δ室中心的测量膜片,测量膜片是一个张紧的弹性元件,受两边的压力差影响而产生相对位移。测量膜片的位移与压力差成正比,最大位移为0.1mm,由它两侧的电容极板检测,再通过电子线路把测量膜片与电容极板之间的差动电容转换为二线制4~20mA的DC输出信号,该信号由取样电阻转换成电压信号,供A/D转换和CPU进行采集、处理、传输给总线。

理论公式如下:

Δp=ρ·g·Δh

Δp(单位:Pa)、g(重力加速度:9.8m/s2)、Δh(单位:m)、ρ为密度。

应用

密度是表征物质特性的物理量,在科学技术大力发展的今天,对它的测量几乎涉及到每一个生产的部门。应用相当的广泛,随着测量技术数字化、自动化,对密度的在线测量要求越来越迫切。

其主要工业应用有:

l 石油、炼油、调油、油水介面检测

l 葡萄汁、番茄汁、果糖浆、植物油及软饮料加工等生产现场

l 采矿盐水、钾碱、天然气、润滑油、生物制药等等行业。

l 化工类的尿素、清洁剂、乙二醇、酸碱及聚合物密度的测试;

l 奶制品业;酿酒酒精度;

l 造纸业;黑浆、绿浆、白浆、碱溶液的测试

分类

1、谐振式液体密度传感器

谐振式测量原理是通过谐振子的振动特性来实现的。谐振子在工作过程中,可以等效的为一个单自由度系统,以系统的固有频率振动,系统的固有频率只与系统中的等效质量和等效弹性系数有关。

谐振式液体密度传感器测量原理是通过系统中的弹性敏感元件和液体相接触。从而改变了系统的等效质量,使得系统的固有频率发生变化。通过测量系统的固定频率变化,确定待测液体的密度。

2、超声波密度传感器

超声波频率高于20kHz的一种机械波、超声波在液体介质中只能以纵波的形式传播。其传播的频率、相位、速度及衰减度均受到介质性质的影响,因此可以利用液体密度和超声波的某些传播性质之间的关系来测量液体的密度。主要优点有:可以实现非接触测量,响应快,测量精度高;无放射性,对人体无害;没有运动部件,测量稳定性好。 缺点:液体介质中的杂质,如气泡等可引起超声波信号的严重衰减。使测量有些不稳定;对粘性介质,精密测量时必须要考虑介质粘度的影响。

3、振动管式液体密度传感器

振动管式液体密度传感器的敏感元件是振动长管,其长度近似于管径的20倍。通过合理的安排驱动部件,可以使管在一个平面内振动,测得的密度为流经管内液体的平均质量密度。振动管式液体密度传感器根据所用管的情况分为单管和双管两种。单管传感器又有直管和弯管之分。 弯管对流动液体的阻力比直管大。所以弯管的压力损失比直管的损失大。 双直管的尺寸要比单直管的小,并且双管相向振动,可以很好的实现动态平衡。

4、音叉式液体密度传感器

是利用小质量的音叉在液体中振动时其固有频率的变化来测量液体的密度。

一般分为两种方式:一是将音叉测量置入测量腔体内,液体流进腔体,用电磁方式驱动音叉振动;另一个方式是将音叉直接安装在管线上,通常用微处理器来控制音叉的振动频率、检验谐振频率,并将频率量转化成密度值。为了满足高精度测量的要求,需要检测谐振频率的微小变化,因此应合理的设计振动单元,使振动单元有一个比较高的机械品质因数。一般音叉常用不锈钢或玻璃制成。

5、射线式液体密度传感器

射线式液体密度传感器的有点:传感器不接触待测液体,可实现非接触测量;对液体流动不会产生阻力,对流量大小也没有限制,可以测量多相液体密度。缺点:需要放射性射线源;有一个较长的时间稳定性;分辨力不高。

6、电容式液体密度传感器

电容式液体密度传感器的原理是利用标准物体在不同待测液体中的浮力不同,从而引起与标准物体相连的电容两个极板间的距离不同,导致电容发生变化。

由于不同液体密度传感器所适于的场合不同,实际使用时,应根据所测量液体的性质和对测量精度的要求等选择合适的传感器。

维护保养

1、泥浆如果在测量膜片上面结垢,会对测量膜片的敏感度造成很大的影响。所以,将传感器从泥浆罐中拿出来的时候,为了避免在测量膜片上面的泥浆结垢,应该立刻冲洗传感器,冲洗测量膜片的时候要注意,不要损坏测量膜片。

2、定期对传感器的各个接头进行检查,看是否出现松动的现象,同时检查电缆线是否有出现破裂的现象。

3、在联机使用和测试的过程当中,对节点盒和传感器的接线进行检查,检查接线是否正确,避免对传感器造成破坏。

4、安装传感器的时候,需要注意,千万不要损坏传感器的测量膜片。

注意事项

1、其他的电源线不要跟屏蔽电缆线一起通过明显槽或者导线管,同时也不可以穿过一些功率比较大的设备附近。

2、仪器在带电的状态下,千万不要拆卸,在防爆的地方,应该先把电源切断,然后才可以插拔插头的连线。

3、在定货的时候一定要注明使用场合的状况、量程和介质,例如:卫生、腐蚀、防爆等等。

4、电缆线不可以受到磨损或者挤压,如果有破裂的话,就需要进行更换。

5、在搬动仪器之前,一定要把电源关掉,然后才可以把传感器电缆的插头拆卸下来,把护帽拧上,接着才把传感器拆卸下来,对传感器清洗过后,将其和电缆放在可靠的地方。

故障排除

如果传感器的显示值没有任何显示或者是过低的话,有可能是以下几个原因造成的。

(1)变送器电路发生故障:送回原厂家维修变送器或者是更换电路板。

(2)传感器的测量膜片已经损坏:送回原厂家维修测量膜片或者是更换新的测量膜片。

(3)电气连接发生故障:对插座进行清洗,检查接插件是否完好无缺。

(4)回路接线发生故障:检查是否发生短路、极性是否正确,供电状况是否正常。

如果密度传感器的显示值不稳定的话,有可能是以下几个原因造成的。

(1)变送器电路发生故障:送回原厂家维修变送器或者是更换电路板。

(2)插座接触不良:检查传感器的插座,检查是否清洁,有没有虚焊。

(3)变送器接线发生故障:对变送器的供电状况进行检查,检查是否正常。

如果密度传感器的显示值过高的话,有可能是以下几个原因造成的。

(1)总线模块的电源发生故障:对总线模块信号输入插座的电源引脚进行相应的检查,检查电压是否正常,正常值在+20至+25V。

(2)传感器的电路发生故障:送回原厂家维修变送器或者是更换电路板。

(3)传感器的测量膜片存在一些杂质:把测量膜片上面的有关杂质清理掉。

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