1、 課 程 設 計課程 安全檢測技術課程設計 題目 油庫安全監測系統傳感器設計七 （壓力式液位傳感器設計） 電子工程學院 安全工程專業 安全 1001 班學號 201005040123 學生 胡蕭超 指導老師 徐 竟 天 二一三年六月安全檢測技術課程設計任務書題 目油庫安全監測系統傳感器設計七（壓力式液位傳感器設計）學生姓名胡蕭超學號201005040123專業班級安全1001設計內容與要求課程設計主要完成某油庫安全監測系統硬件設計中電容式壓力傳感器的選型、應用及接線等。要求運用已學過各類傳感器的知識，完成安全監測系統中傳感器的原理、選型、廠家產品參數、接線等內容，將書本傳感器的理論知識與廠家具

2、體產品對應起來，使得可以真正理論聯系實際。要求熟悉相關傳感器的原理與硬件結構，學會計算機監測系統硬件設計的步驟和方法，具有初步設計小型計算機安全監測系統硬件方案中傳感器部分的能力。課程設計內容及基本要求如下：1.熟悉油庫工藝流程、監控目標及監控要求。2.學會常用的各種傳感器（溫度、流量、壓力、液位等）參數及使用，了解其工作原理。3.課程設計中以壓力式液位傳感器為主，詳細介紹所選液位傳感器的工作原理、硬件組成、測量電路、使用時的注意事項。詳細介紹所選壓力傳感器的廠家產品參數、接線、特點等參數。4.完成監測系統硬件方案設計，畫出原理圖。 5.課程設計時間一周，完成課程設計報告。起止時間2013年6

3、月17日 至 2013年6月23日指導教師簽名年 月 日系（教研室）主任簽名年 月 日學生簽名年 月 日目 錄1 緒論11.1 國內外油庫現狀11.2 油庫的布局要求2 平面布置2 立面布置31.3 油庫的主要設備41.4 油庫的工藝流程及主要技術指標51.5 油庫監控目標和要求51.6 系統I/O點數統計62 傳感器介紹82.1 壓電式傳感器82.2 壓力式液位傳感器82.2.1 工作原理82.2.2 壓力液位傳感器的分類92.2.3 壓力液位傳感器的功能特性10 主要技術參數102.3 壓力式液位傳感器的選擇102.3.1 液位傳感器的選擇技巧102.3.2 ZRN701A投入式液位傳感器

4、113 其他傳感器選型153.1 熱電阻溫度傳感器15 工作原理15 選型須知153.2 熱電偶16 工作原理163.2.2 結構要求173.3 應變式壓力傳感器17 工作原理17 內部結構183.4 壓電式壓力傳感器18 壓電式壓力傳感器的特點18 壓電式壓力傳感器的應用184 結論20參考文獻21附錄A 熱電偶分度表221 緒論凡是用來接收、儲存和發放原油或原油產品的企業和單位都稱為油庫。同時，油庫也指用以貯存油料的專用設備，因油料具有的特異性用以相對應的油庫進行貯藏。油庫是協調原油生產、原油加工、成品油供應及運輸的紐帶，是國家石油儲備和供應的基地，它對于保障國防和促進國民經濟高速發展具有

5、相當重要的意義。隨著交通、國防、石化事業飛速發展，油品供求成倍增長。隨之加油站、油庫、輸油管線及相關配套計量管理器措施也在快速跟進，油庫除新建外，老庫急需增容擴建，由于經濟體制及管理模式不同致使油庫管理水平參差不齊。 1995年以來，國家安全生產管理局針對油站油庫安全隱患、環境污染、合理使用能源諸多問題。隨著新科技引用，要求油庫配備液位儀配備必要的安全監測（監控）系統。近年來不斷有大型爆炸事故發生在石油化工企業，不僅造成重大的人員、財產損失，也暴露了我國石油化工生產安全保障體系存在著安全隱患。本課程設計根據課程設計指導書以及相關資料，運用智能模塊，組態王能軟件系統，設計和繪制油庫監控系統和工藝

6、流程圖。本文針對以上情況提出了油庫儲罐安全監測系統的設計思想，并對該系統的組成和特性進行了詳細的描述。介紹了將管理軟件和硬件監控相結合的安全生產監控系統，把罐區諸多危險因素和危險參數給予實時監測、報警和控制，及時發現事故隱患，并采取措施加以防范，避免事故的發生。為加強油罐區安全管理、減少事故的發生提供了有效安全監測方法。1.1 國內外油庫現狀我國非常豐富的石油資源，是今后一個時期內國民經濟發展的重要因素之一，無論是開發利用國內石油資源，還是利用國外石油資源，它們都離不開儲備油庫。在石油價格飆升的帶動下，目前全國范圍內壓縮石油的需求也在急劇上升。石油在城市中的應用越來越廣泛，使得許多城市的油庫建

7、設成為重點。由于技術的原因，目前我國城市用油以城市加油站為主。在現在加油站不斷增多的情況下，要求有更多的油庫盡快建成。全國各省市地方也在積極地興建新的油庫，改進油庫建設技術，發展油庫，保證油庫安全，這些都顯的極為重要。國內外油庫建設技術領域的專家學者就油庫設計開發應用前景及合作已進行了很長時間的研究。有關專家認為，管道局與國內外壓縮機生產、科研及技術服務等單位的合作，必將推動油庫建設效率、高穩定性、高信息化、高科技含量和高附加值的方向發展。根據我國國情，我國現在戰略儲備量還很少，但近年來國內油庫庫容保持快速增長態勢。到2011年底，我國油品儲備總量達到5756萬m³，從地域來看，主要

8、分布在廣東、江蘇、浙江、上海、山東等地。預計到2020年，我國石油儲備將達8500萬噸。石油庫建設規模不一，庫容大則在500×104m³以上，單罐容積達(10-15)×104m³，小的也有幾千到幾萬m³。目前很多新建、在建的項目都是30萬立方米以上的超大型油庫。這預示著在未來的十幾年間，我國油庫的發展在以后會有很大的發展空間，還有一大批油庫待建。同時，我國油庫的自動化控制技術也在加快發展中。但計算機監控系統在油庫現場的應用比外國起步遲，相對落后。因此將計算機應用在油庫的安全建設和監控方面更加重要。在國外，對大型石油石化公司的“低成本戰略”進行了

9、全方位、多角度的綜合分析，并提出了適合我國石油石化工業國情的“低成本戰略”。 美國政府早在二戰時期就有國家戰略石油儲備的構想，但直到20世紀70年代“石油危機”發生后，美國的戰略石油儲備才開始正式建立。 70年代前期，阿拉伯國家以石油為武器對西方國家實施禁運，導致美國國內石油產品供應緊缺，價格飛漲，最終使美國經濟陷入長時期的嚴重衰退。美國前總統福特于1975年12月22日簽署了能源政策和儲備法，其中最重要的內容之一就是決定建立戰略石油儲備，目的是為了在此后發生類似事件時，可以對美國能源市場起到保護和緩沖作用。 1.2 油庫的布局要求 平面布置 油庫平面布置的目的是

10、為了合理地確定油庫各設施的位置，以保證油庫有一個安全的環境，使得油品的儲存、輸轉以及收發作業能夠順利地進行。油庫裝卸區的位置取決于鐵路專用線的進庫方位和碼頭位置。鐵路裝卸區宜布置在油庫的邊緣地帶，這樣不致因鐵路油罐車的進出而影響其它各區的操作管理，也減少鐵路與庫內道路的交叉，有利于安全和消防。水路裝卸區的內河裝卸油品碼頭應建在其它相鄰碼頭或建（構）筑物的下游，如確有困難時，在設有可靠的安全設施條件下，亦可建在上游。海港裝卸油品碼頭，不宜與其它碼頭建在同一港區水域內，主要是考慮當裝卸油碼頭與其它碼頭布置在同一港區水域內時，一旦油船或油碼頭發生火災，船舶撤離困難，特別是當裝卸油碼頭設在港區進出口附

11、近時，船舶根本無法撤離，將會造成嚴重損失。如確有困難時，在設有可靠的安全設施條件下（如加強消防和防污染等措施），亦可建在同一港區水域內。 公路裝卸區應布置在油庫面向公路的一側，油庫出入口附近，并盡量靠近公路干線，以便與公路干線銜接。該區是外來人員和車輛來往較多的區域，宜設圍墻與其它各區隔開，并應設單獨的出入口，外來車輛可不駛入其它各區，出入方便，比較安全。在出入口處應設業務室、休息室，外來人員只限在該區活動，更有利于安全管理。儲油區是油庫平面布置的重點。油庫中絕大多數油品都儲存在這里，它是油庫的核心要害部位，要特別注意它的安全。儲油區的位置在工藝上，應使收發油的作業都比較方便，輸油線路短。一般

12、油罐排列的順序是輕質油罐離裝卸油泵房較遠，重質油罐離裝卸油泵房較近，大多數是汽油、煤油、柴油的順序，這樣排列在工藝上是有利的。因為輕質油品的粘度比較小，不需要加熱，管線長度增加，摩阻損失增加不大。對于粘度較大、凝固點較高的重質油品的油罐，如果布置在較遠的位置，由于管線增長，相應的加熱保溫設施也要增加，不僅管線的摩阻損失增加，而且管線的建設投資費用也要增加。輔助生產區是為生產服務的，其有關設施應盡量靠近生產單位，以利于生產。鍋爐房為明火生產建筑，應布置在油氣散發區年最小風頻方向的下風側，并盡可能布置在供熱負荷的中心地段或接近熱負荷較大的建（構）筑物，以便盡量縮短管線，減少熱損耗，并考慮自流回水的

13、可能性。消防泵房的位置要便于進水，便于瞭望油罐區和消防人員的活動。行政管理區內的一些業務部門，一般布置在油庫主要出入口附近，并應設單獨對外的出入口，宜設圍墻與其它各區隔開，以便于聯系工作和使接洽業務人員不進庫區。 油庫內的道路設計，應使庫內各區之間有公路連接。布置在庫內的道路應做到聯系方便，線路短捷，便于排水，符合安全防火要求。污水處理設備的布置位置，應便于承接各種污水管道和適合處理后的排放方向，并與行政管理區與生活區有一定的距離和處于下風方向，在總圖設計之前，應會同建設單位和地方有關單位一起復勘，落實雨水、污水排放方向和歸宿地點。 立面布置進行立面布置的目的，是要合理地確定出各工藝設備、建（

14、構）筑物和管線的標高，保證各生產設施之間，特別是裝卸油品作業時能有良好的工作條件，滿足生產上的需要。同時，要通過立面布置使土石方工程量最小，并達到基本平衡。對庫內地勢予以全面規劃，以便于排泄地面水，保證管線及道路坡度均勻。油庫若建在平原地區，場地可以隨著原有地勢，適當平整，然后定出相應的設施和建（構）筑物標高；若在山區建庫，則可根據該項設備的位置，結合地形和生產要求決定其標高，油庫場地則分區分項給予平整。圖1-1 油庫平面布局圖1.3 油庫的主要設備1. 儲油設備 （1）立式圓形金屬油罐 錐頂罐:主要用于儲存潤滑油 拱頂罐:主要用于儲存柴油、煤油、汽油、重油 內浮頂罐:主要用于儲存汽油 外浮頂

15、罐:主要用于儲存原油 （2）臥式油罐 地上:大多用于儲存潤滑油,也有用于加油站地上儲油罐和LPG儲罐 地下:主要用于加油站地上和地下儲油罐 （3）球罐 主要用于儲存液化石油氣2 . 輸送設備主要有:管線，閥門，機泵。管線敷設在庫區，大多數情況下不會出現問題。比較容易出現問題，或者我們與之關系密切的主要是閥門和機泵。.機泵和閥門是油庫的主要設備。油庫用泵類型:收發油泵:離心油泵,螺桿泵，而重油收油也有用往復泵。掃艙掃線泵:齒輪泵,真空泵(往復式和水環式),往復式泵等。消防泵:清水泵和泡沫泵，大多使用多級離心泵(D型).。常用閥門類型如下:閘伐，截止伐，球伐，旋伐，單向伐，安全閥，減壓伐，節流伐等

16、。3. 收發油設備 主要有:裝卸油鶴管，棧橋等，用于進行收發油操作。4. 碼頭設施碼頭，躉船，棧橋，輸油臂，收油膠管等。5. 儀表設備計量、測溫、測壓儀表。計量儀表設備主要的是液位計和流量計。液位計：鋼帶式，差壓式，雷達，超聲波液位計。流量計大致可分為速度式和容積式，速度式流量計大都用于計量粘度密度較小的油品，而容積式流量計主要用于計量粘度密度較大的油品。流量計：渦輪，橢圓齒輪和蘿茨流量計等。測溫測壓儀表：溫度計和壓力表6. 油罐附件呼吸閥，阻火器，量油孔，透光孔，通氣孔，人孔，進出油管線，放水管，排污孔，脹油管，放氣管等。7. 其它設備電機、電器、壓縮機、過濾器和法蘭等。1.4 油庫的工藝流

17、程及主要技術指標所謂工藝流程是指油庫所有工藝設備為完成油庫的業務而構成的有機集合。工藝流程應包括油庫內管線、管件、閥門、機泵、油罐及其連接關系，所輸、所儲油品的種類，設備的大小型號，油品的流向等。如果把這種有機集合反映在圖紙上，便是工藝流程圖。對油庫的工藝流程設計一般有如下要求： 1）能夠完成油庫所有業務要求，保證油品質量； 2）操作方便，互不干擾，不致因幾種油品同時收發而互相影響； 3）調度靈活，泵機組間互為備用； 4）安全可靠，能盡可能地避免誤操作，能在發生故障時迅速切斷油路； 5）經濟節約，充分發揮設備的利用率。油庫的工藝流程一般有：分離器流程。從各個采油隊輸送過來的原油首先通過計量器計

18、量后又進入聯合站的油氣水三相分離器，在這里實現氣體和液體的分離。原油從分離器一端進入，然后天然氣從另一端上部流出進行天然氣外輸，而油水混合的液體從下部流出進入一次沉降罐。油罐區流程。油罐區的儲罐主要的任務是進行油水分離，分離器將油水混合液體輸入沉降罐，沉降罐分離出大部分的原油，并把部分天然氣再行收集，而將水輸到污水區，進行污水處理，然后原油進入加熱爐加熱和脫水器脫水。經過加熱和脫水后的原油進入凈化油罐，等待外輸。加熱爐流程。從油罐區二次沉降罐輸送過來的原油在這里經過加熱，以利于原油的輸送，然后送到脫水器脫水。原油外輸流程。經過加熱和脫水處理的原油含水已經很少，通過原油外輸泵將原油輸送出聯合站。

19、污水處理工藝流程。在這一流程里，從一次沉降罐過來的污水首先進入緩沖罐，將含有的殘留天然氣進行收集。1.5 油庫監控目標和要求本課程設計研究目的是針對集油站發油，裝油、卸油等工藝過程的分析，進行監控系統的硬件與軟件設計，同時對系統的適應性進行研究，建立一套具有實際應用能力的監控系統。本次設計的計算機監控系統應達到以下目的：  1）能及時地，正確地對運行設備的運行參數和運行狀況做出全面監測，預防和消除事故隱患。 2）對設備和運行狀況進行必要的指導，提高設備運行的安全性、可靠性和有效性，把運行設備發生事故的概率降低到最低水平，將事故造成的損失減低到最低程度。 3）通過對

20、運行設備進行監測、隱患分析和性能評估等，為設備的結構修改、設計優化和安全運行提供數據和信息。 總的來說，進行計算機監測的目的就是確保設備的安全運行，預防和消除事故隱患，避免事故發生。因此，自動化控制與管理信息系統為實現加集油站全面自動化監控提供了可能。 1.6 系統I/O點數統計根據油庫的流程圖，先要列出統計出系統的I/O點數，系統的I/O點數如表1-1所示. 系統I/O點數通過列表的形式列舉如下表。表1-1 油庫控制系統I/O變量表序號設備名稱總點數控制量AIAODIDO11個三相分離器8水室的液位、壓力、溫度3油室的液位、壓力、溫度3油室、水室液位恒定控制221個緩沖罐4罐的液位

21、、壓力、溫度3罐的壓力恒定控制141個分餾塔3塔的液位、壓力、溫度351個沉降罐3罐的液位、壓力、溫度371個柴油罐3罐的液位、壓力、溫度381個天然氣罐2罐的壓力、溫度291個汽油罐3罐的液位、壓力、溫度3107個電磁閥7閥的開、關控制7112個外輸泵8泵的前后壓力4泵的起、停2泵運行狀況顯示2124個中輸泵16泵的前后壓力8泵的起、停4泵運行狀況顯示4136個流量計3監控個反應器前的流量6合計60383613在詳細設計完I/O點數后，還要列些每個點的參數表，參數表中每一個值都必須與現場完全對應,得到下表1-2。表1-2 模擬量I/O點參數表I/O位號設備型號變量說明I/O類型工程單位信號類

22、型量程上限量程下限報警上限報警下限偏差報警正常 值1三相分離器AImmA1009115AOcmA1000803010502天然氣罐AImmA1009115AOpmA1000803010503緩沖罐AImmA1009115AOpmA1000803010504分餾塔AImmA10091155沉降罐AImmA10091156穩壓罐AImmA1009115AOcmA1000803010507儲油罐AImmA10091158泵AImmA10091159流量計AImmA10091152 傳感器介紹2.1 壓電式傳感器壓電式傳感器是基于某些介質材料的雅典效應來工作的，它是一種典型的有源傳感器。壓電式傳感器具

23、有體積小、質量小、工作頻帶寬等特點，因此在各種動態力、機械沖力與振動的測量，以及聲學、醫學、力學、宇航等方面都得到了非常廣泛的應用。在自然界中，大多數晶體都具有壓電效應，但其壓電效應十分微弱。隨著對材料的深入研究，人們發現石英晶體、碳酸鋇、鋯碳酸鉛等材料是性能優良的壓電材料。壓電材料可以分為兩大類：壓電晶體和壓電陶瓷。壓電材料的主要特性參數有以下幾個。（1）壓電常數 壓電常數是衡量材料壓電效應強弱的參數，它直接關系到壓電輸出靈敏度。（2）彈性常數 壓電材料的彈性常數決定著壓電元件的固有頻率和動態特性。（3）介電常數 對于一定形狀、尺寸的壓電元件而言，其固有電容與見電常數有關；而固 有 電容又影

24、響著壓電傳感器的頻率下限。（4）機械耦合系數。 在壓電效應中，機械耦合系數是指轉換輸出能力（如電能）與輸入的能力(如機 械能）之比的平方根，這是衡量壓電材料機-電能量轉換效率的一個重要參數。（5）電阻 壓電材料的絕緣電阻將減少電荷的泄露，從而改善壓電傳感器的低頻特性。（6）居里點溫度。 它是指壓電材料開始喪失壓電特性的溫度。2.2 壓力式液位傳感器一般采用半導體膜盒結構，自檢、自診斷和遠傳的功能。利用金屬片接受液體壓力。通過封入的硅油導壓傳送給半導體應變片進行壓力式液位傳感器的應用愈來愈廣。近年來已經研制出了體積小、溫度范圍寬、可靠性好、精度高的壓力式液位傳感器，液位的丈量。由于固態壓力傳感器

25、(壓阻電橋式)性能的提高和微處理技術的發展。同時，其應用范圍也不時地拓寬。2.2.1 工作原理用靜壓測量原理：當液位變送器投入到被測液體中某一深度時，傳感器迎液面受到的壓力公式為： = .g.H + Po式中：P ：變送器迎液面所受壓力：被測液體密g ：當地重力加速度Po ：液面上大氣壓H ：變送器投入液體的深度同時，通過導氣不銹鋼將液體的壓力引入到傳感器的正壓腔，再將液面上的大氣壓 Po 與傳感器的負壓腔相連，以抵消傳感器背面的 Po ，使傳感器測得壓力為： .g.H ，顯然 , 通過測取壓力 P ，可以得到液位深度。2.2.2 壓力液位傳感器的分類簡單介紹幾種壓力式液位傳感器 1）壓力式液

26、位傳感器 工作原理：壓力式液位傳感器主要由傳感器、信號放大器等組成。適用于持續測量壓載艙、吃水計以及燃油艙等多種介質的液位。安裝在液艙底部的傳感器可及時感應由于液體變化而引起的壓力變化，并將壓力變化轉化換成電信號，通過電纜傳送給信號放大器，輸出420mA（二線制）直流信號，此信號可由液位顯示器直接顯示液位的數值，亦可由裝載計算機顯示和控制艙柜的液位。 2）投入式液位傳感器 用靜壓測量原理：當液位變送器投入到被測液體中某一深度時，傳感器迎液面受到的壓力公式為： = .g.H + Po 式中：P ：變送器迎液面所受壓力 ：被測液體密度 g ：當地重力加速度 Po ：液面上大氣壓 H ：變送器投入液

27、體的深度。 同時，通過導氣不銹鋼將液體的壓力引入到傳感器的正壓腔，再將液面上的大氣壓 Po 與傳感器的負壓腔相連，以抵消傳感器背面的 Po ，使傳感器測得壓力為： .g.H ，顯然 , 通過測取壓力 P ，可以得到液位深度。 3）擴散硅壓力傳感器 工作原理PTJ301/301S擴散硅變送器選用進口擴散硅壓力芯片制成，當外界液位發生變化時，壓力作用在不銹鋼隔離膜片上，通過隔離硅油傳遞到擴散硅壓力敏感元件上引起電橋輸出電壓變化，經過精密的補償技術、信號處理技術、轉換成標準的電流信號。該電流信號的變化正比于液位的變化。 4）濺射薄膜壓力傳感器薄膜式壓力傳感器采用進口的濺射合金薄膜壓力敏感元件結合先進

28、的加工工藝技術制作而成。壓力介質直接作用的14-4PH不銹鋼膜片上制作了組成惠斯登電橋的合金薄膜應變單元，該合金材料以分子形式在彈性體上淀積成薄膜應變電阻，薄膜電阻與彈性體以分子鍵合“融”為一體，可長期在-40150工作溫度下穩定工作。2.2.3 壓力液位傳感器的功能特性 1）穩定性好滿度、零位長期穩定性可達 0.1%FS/ 年。在補償溫度 0到70 范圍內溫度飄移低于 0.1%FS 在整個允許工作溫度范圍內低于 0.3%FS 。 2）具有反向保護、限流保護電路在安裝時正負極接反不會損壞變送器異常時送器會自動限流在 35MA 以內。 3）固態結構無可動部件高可靠性使用壽命長。 4）安裝方便、結

29、構簡單、經濟耐用。 主要技術參數工藝:擴散硅、陶瓷電容、藍寶石、電容任選。分體式/一體式可選。量程： 0-0.5-200米；輸出: 4-20mA 2線制）；供電：7.5-36VDC（推薦24VDCCBM-2100/CBM-2700）。投入式靜壓液位計可靠防腐并帶有陶瓷測量單元的探頭用于凈水、污水及鹽水的物位測量。GY500投入分體式液位變送器采用擴散硅壓阻芯體316全不銹鋼結構殼體采用隔離防爆設計該投入式液位計主要適用于河流、地下水位、水庫、水塔及容器等的液位測量與控制。電路采用信號隔離放大截頻干擾設計抗干擾能力強防雷擊過壓保護限流保護抗沖擊防腐等設計。測量介質：水、油等液體壓力類型。表壓、絕

30、壓：沒有要求，默認表壓；量 程：0300m中間量程任選；綜合精度: 0.1%FS；輸出信號: 420mA(二線制)、0-5V、1-5V、0-10V（三線制）； 供電電壓 ：12-36VDC；介質溫度：-30-60環境溫度：-40-85；零點溫漂移±0.05%FS；量程溫度漂移±0.05%FS；補償溫度：0-70；安全過載： 150%FS；極限過載：200%FS；采樣頻率2ms；負載能力電流型：250-1425；電壓型2K；密封等級: IP68；長期穩定性能: 0.1%FS/年；振動影響： 在機械振動頻率20Hz-1000H；內輸出變化小于0.1%FS；機械連接螺紋接口: 投

31、入式潛入式產品尺寸mm。2.3 壓力式液位傳感器的選擇2.3.1 液位傳感器的選擇技巧 （1）根據測量對象與測量環境確定傳感器的類型     要進行個具體的測量工作，首先要考慮采用何種原理的傳感器，這需要分析多方面的因素之后才能確定。因為，即使是測量同一物理量，也有多種原理的傳感器可供選用，哪一種原理的傳感器更為合適，則需要根據被測量的特點和傳感器的使用條件考慮以下一些具體問題：量程的大小；被測位置對傳感器體積的要求；測量方式為接觸式還是非接觸式；信號的引出方法，有線或是非接觸測量；傳感器的來源，國產還是進口，價格能否承受，還是自行研制。

32、60;   在考慮上述問題之后就能確定選用何種類型的傳感器，然后再考慮傳感器的具體性能指標。     （2）靈敏度的選擇    通常，在傳感器的線性范圍內，希望傳感器的靈敏度越高越好。因為只有靈敏度高時，與被測量變化對應的輸出信號的值才比較大，有利于信號處理。但要注意的是，傳感器的靈敏度高，與被測量無關的外界噪聲也容易混入，也會被放大系統放大，影響測量精度。因此，要求傳感器本身應具有較高的信噪比，盡員減少從外界引入的廠擾信號。     

33、傳感器的靈敏度是有方向性的。當被測量是單向量，而且對其方向性要求較高，則應選擇其它方向靈敏度小的傳感器；如果被測量是多維向量，則要求傳感器的交叉靈敏度越小越好。     （3）頻率響應特性    液位傳感器的頻率響應特性決定了被測量的頻率范圍，必須在允許頻率范圍內保持不失真的測量條件，實際上傳感器的響應總有定延遲，希望延遲時間越短越好。     傳感器的頻率響應高，可測的信號頻率范圍就寬，而由于受到結構特性的影響，機械系統的慣性較大，因有頻率低的傳感器可測信號的頻率

34、較低。     在動態測量中，應根據信號的特點(穩態、瞬態、隨機等)響應特性，以免產生過火的誤差。     （4）線性范圍    傳感器的線形范圍是指輸出與輸入成正比的范圍。以理論上講，在此范圍內，靈敏度保持定值。傳感器的線性范圍越寬，則其量程越大，并且能保證一定的測量精度。在選擇傳感器時，當傳感器的種類確定以后首先要看其量程是否滿足要求。     但實際上，任何傳感器都不能保證絕對的線性，其線性度也是相對的。當所要

35、求測量精度比較低時，在一定的范圍內，可將非線性誤差較小的傳感器近似看作線性的，這會給測量帶來極大的方便。     （5）穩定性    傳感器使用一段時間后，其性能保持不變化的能力稱為穩定性。影響傳感器長期穩定性的因素除傳感器本身結構外，主要是傳感器的使用環境。因此，要使傳感器具有良好的穩定性，傳感器必須要有較強的環境適應能力。2.3.2 ZRN701A投入式液位傳感器 由油庫的特征及產品的實用性和經濟性相結合，進行綜合分析之后選用ZRN701A投入式液位傳感器。ZRN701A投入式液位傳感器采用進口充油硅芯片，不銹

36、鋼全封焊結構設計，具有良好的防潮性能和極強介質兼容性，可用于許多工業場合較弱的腐蝕性介質中；電路部分的關鍵元器件、壓力敏感芯子，選用國際著名品牌的元器件采用國際生產標準工藝，使產品的各項技術指標均達到國際水平，產品有很好的穩定性和較高的精度。適用范圍： 工業現場液位測量與控制; 水文測量與監控; 水庫大壩水位測量 ; 船舶及航海系統; 城市及供水系統; 循環水及污水處理系統;技術參數：表2-1 ZRN701A投入式液位傳感器技術參數測量形式及范圍01200mH2O允許過載2倍滿量程壓力工作溫度-2080溫度補償-1070存儲溫度-4080準確度（包含非線性、重復性、遲滯）0.2%FS(典型)

37、0.5%FS(最大)穩定性誤差0.2%FS(典型)， 0.5%FS(最大)溫漂系數0.01%FS(典型，量程不小于5mH2O)0.03%FS(典型，量程小于5mH2O)輸出信號(420)mA(二/三線制)、(010/20）mA(05)V、(15)V、(010)V供電電源1536 VDC(標定電壓24VDC)負載()電流輸出型<(U-15V)/0.02A、 電流輸出型>5K外殼材料合金鋁O型圈氟橡膠膜片316L不銹鋼電纜專用防水透氣電纜防護等級IP68(壓力傳感器部分)，IP65（接線盒變送器部分）圖2-1 ZRN701A投入式液位傳感器尺寸圖產品選型：表2-2 ZRN701A投入式

38、液位傳感器選型圖ZRN701A-口E口A口C口D口投入式液位變送器投入式液位變送器 （注明量程范圍）口結構形式1. 一體式不帶接線盒(默認） 2. 分體式帶接線盒E口輸出信號1. (05)VDC 2. 二線制(420)mA(默認) 3. (010)mA4. 其它注明A口準確度1. 0.1 2. 0.2 3. 0.5C口探頭類型1. 默認為標準型（非防腐型 ） 2. 防腐型D口顯示方式（僅限于分體式帶接線盒類型）1. 無顯示（默認）2. 0100%線性指示3. LCD數字量程顯示（液晶） 4. LCD數字0100%顯示（液晶）5. LED數碼管0100%顯示相關圖片： 圖2-3 ZRN701A投

39、入式液位傳感器3 其他傳感器選型3.1 熱電阻溫度傳感器 熱電阻溫度傳感器是利用導體或半導體的電阻值隨溫度變化而變化的原理進行測溫的一種傳感器溫度計。熱電阻溫度傳感器分為金屬熱電阻和半導體熱敏電阻兩大類。熱電阻廣泛用于測量-200+850°C范圍內的溫度，少數情況下，低溫可測至1K，高溫達1000°C。熱電阻傳感器由熱電阻、連接導線及顯示儀表組成，熱電阻也可以與溫度變送器連接，將溫度轉換為標準電流信號輸出。用于制造熱電阻的材料應具有盡可能大和穩定的電阻溫度系數和電阻率，輸出最好呈線性，物理化學性能穩定，復線性好等。圖3-1為目前最常用的熱電阻有鉑熱電阻和銅熱電阻。圖3-1

40、熱電阻溫度傳感器 工作原理 目前熱電阻的引線主要有三種方式 二線制：在熱電阻的兩端各連接一根導線來引出電阻信號的方式叫二線制：這種引線方法很簡單，但由于連接導線必然存在引線電阻r，r大小與導線的材質和長度的因素有關，因此這種引線方式只適用于測量精度較低的場合 三線制：在熱電阻的根部的一端連接一根引線，另一端連接兩根引線的方式稱為三線制，這種方式通常與電橋配套使用，可以較好的消除引線電阻的影響，是工業過程控制中的最常用的。 四線制：在熱電阻的根部兩端各連接兩根導線的方式稱為四線制，其中兩根引線為熱電阻提供恒定電流I，把R轉換成電壓信號U，再通過另兩根引線把U引至二次儀表。可見這種引線方式可完全消

41、除引線的電阻影響，主要用于高精度的溫度檢測。 選型須知 （1）型號 （2）分度號 （3）精度等級 （4）熱電偶點數 （5）安裝固定形式 （6）保護管材質 （7）長度或插入深度3.2 熱電偶 熱電偶（thermocouple）是溫度測量儀表中常用的測溫元件，它直接測量溫度，并把溫度信號轉換成熱電動勢信號，通過電氣儀表（二次儀表）轉換成被測介質的溫度。各種熱電偶的外形常因需要而極不相同，但是它們的基本結構卻大致相同，通常由熱電極、絕緣套保護管和接線盒等主要部分組成，通常和顯示儀表、記錄儀表及電子調節器配套使用。圖3-2 熱電偶 工作原理熱電偶直接測量溫度，并把溫度信號轉 熱電偶 換成熱電動勢信號,

42、 通過電氣儀表（二次儀表）轉換成被測介質的溫度。熱電偶測溫的基本原理是兩種不同成份的材質導體組成閉合回路,當兩端存在溫度梯度時,回路中就會有電流通過，此時兩端之間就存在電動勢熱電動勢，這就是所謂的塞貝克效應。兩種不同成份的均質導體為熱電極，溫度較高的一端為工作端，溫度較低的一端為自由端，自由端通常處于某個恒定的溫度下。根據熱電動勢與溫度的函數關系, 制成熱電偶分度表; 分度表是自由端溫度在0時的條件下得到的，不同的熱電偶具有不同的分度表。 熱電偶測溫基本原理:將兩種不同材料的導體或半導體A和B焊接起來，構成一個閉合回路。當導體A和B的兩個執著點1和2之間存在溫差時，兩者之間便產生電動勢,因而在

43、回路中形成一個大小的電流,這種現象稱為熱電效應。熱電偶就是利用這一效應來工作的。3.2.2 結構要求 熱電偶的結構形式為了保證熱電偶可靠、穩定地工作，對它的結構要求如下： 1）組成熱電偶的兩個熱電極的焊接必須牢固； 2）兩個熱電極彼此之間應很好地絕緣，以防短路； 3）補償導線與熱電偶自由端的連接要方便可靠； 4）保護套管應能保證熱電極與有害介質充分隔離。3.3 應變式壓力傳感器 電阻應變片是一種將被測件上的應變變化轉換成為一種電信號的敏感器件。它是壓阻式應變傳感器的主要組成部分之一。電阻應變片應用最多的是金屬電阻應變片和半導體應變片兩種。金屬電阻應變片又有絲狀應變片和金屬箔狀應變片兩種。通常是

44、將應變片通過特殊的粘和劑緊密的粘合在產生力學應變基體上，當基體受力發生應力變化時，電阻應變片也一起產生形變，使應變片的阻值發生改變，從而使加在電阻上的電壓發生變化。這種應變片在受力時產生的阻值變化通常較小，一般這種應變片都組成應變電橋，并通過后續的儀表放大器進行放大，再傳輸給處理電路（通常是A/D轉換和CPU）顯示或執行機構。 圖3-3 應變式壓力傳感器 工作原理金屬電阻應變片的工作原理是吸附在基體材料上應變電阻隨機械形變而產生阻值變化的現象，俗稱為電阻應變效應。金屬導體的電阻值可用下式表示：式中：金屬導體的電阻率（·cm²/m） S導體的截面積（cm²） L導體

45、的長度（m）我們以金屬絲應變電阻為例，當金屬絲受外力作用時，其長度和截面積都會發生變化，從上式中可很容易看出，其電阻值即會發生改變，假如金屬絲受外力作用而伸長時，其長度增加，而截面積減少，電阻值便會增大。當金屬絲受外力作用而壓縮時，長度減小而截面增加，電阻值則會減小。只要測出加在電阻的變化（通常是測量電阻兩端的電壓），即可獲得應變金屬絲的應變情況。 內部結構電阻應變片由基體材料、金屬應變絲或應變箔、絕緣保護片和引出線等部分組成。根據不同的用途，電阻應變片的阻值可以由設計者設計，但電阻的取值范圍應注意：阻值太小，所需的驅動電流太大，同時應變片的發熱致使本身的溫度過高，不同的環境中使用，使應變片的

46、阻值變化太大，輸出零點漂移明顯，調零電路過于復雜。而電阻太大，阻抗太高，抗外界的電磁干擾能力較差。一般均為幾十歐至幾十千歐左右。3.4 壓電式壓力傳感器壓電式壓力傳感器大多是利用正壓電效應制成的。正壓電效應是指：當晶體受到某固定方向外力的作用時，內部就產生電極化現象，同時在某兩個表面上產生符號相反的電荷；當外力撤去后，晶體又恢復到不帶電的狀態；當外力作用方向改變時，電荷的極性也隨之改變；晶體受力所產生的電荷量與外力的大小成正比。逆壓電效應又稱電致伸縮效應，是指對晶體施加交變電場引起晶體機械變形的現象。用于電聲和超聲工程的一般使用逆壓電效應制造的變送器。圖3-4 壓電式壓力傳感器 壓電式壓力傳感

47、器的特點壓電式壓力傳感器大多是利用正壓電效應制成的。正壓電效應是指：當晶體受到某固定方向外力的作用時，內部就產生電極化現象，同時在某兩個表面上產生符號相反的電荷；當外力撤去后，晶體又恢復到不帶電的狀態；當外力作用方向改變時，電荷的極性也隨之改變；晶體受力所產生的電荷量與外力的大小成正比。逆壓電效應又稱電致伸縮效應，是指對晶體施加交變電場引起晶體機械變形的現象。用于電聲和超聲工程的一般使用逆壓電效應制造的變送器。 壓電式壓力傳感器的應用壓電式壓力傳感器大多是利用正壓電效應制成的。正壓電效應是指：當晶體受到某固定方向外力的作用時，內部就產生電極化現象，同時在某兩個表面上產生符號相反的電荷；當外力撤

48、去后，晶體又恢復到不帶電的狀態；當外力作用方向改變時，電荷的極性也隨之改變；晶體受力所產生的電荷量與外力的大小成正比。逆壓電效應又稱電致伸縮效應，是指對晶體施加交變電場引起晶體機械變形的現象。用于電聲和超聲工程的一般使用逆壓電效應制造的變送器。4 結論此次課程設計經歷了兩周的時間，本來以為挺簡單的。但是自己一操作，感覺無從下手的感覺，從油庫的流程還是到壓力液位傳感器都是在課程中接觸很少的。自己查閱了很多的資料，還借鑒了很多上級學長的資料。慢慢的一點一點寫出來。課程設計中，關于壓力液位傳感器的資料不多，網上也都沒有。自己慢慢一點一點找。也不知道對不對，就寫上去了，有錯誤的地方，希望徐老師能夠指出來，讓我再改進。知識的累積是一步一步的，課程設計雖然難，但一點一點磨，總能做出來。通過這次課程設計，我才明白學習是一個長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應該不斷的學習，努力提高自己知識和綜合素質。 以后不管做什么都要親自動手，自己明白的才是自己的，不然永遠都學不會。在此要感謝我們的指導老師徐老師對我們悉心的指導，感謝老師們給我們的幫助。在整個設計中我懂得了許多東西，也培養了我獨立工作的能力，樹立了對自己工作能力的信心，相信會對