【文章內(nèi)容簡介】 置的可靠 性。一般選擇一個超聲波液位傳感器與一個投入式液位傳感器相結(jié)合的方法來檢測水位。但是由于超聲波液位傳感器不能用在過于狹小的空間內(nèi)，當條件不具備時，也可以使用兩個投入式傳感器來檢測水位。 溫 度 傳感器一般分為接觸式與非接觸式兩大類。所謂接觸式就是傳感器直接與被測物體接觸，這是測溫的基本形式。 這類溫度傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、精度高、穩(wěn)定性好、價格低廉等優(yōu)點，是目前 應(yīng)用最多的一類。 非接觸式溫度傳感器理論上不存在接觸式溫度傳感器的測量滯后和應(yīng)用范圍上的限制，可測高溫、腐蝕、有毒、運動物體及固體、液體表面的溫度，不干擾被測溫度場，但測量精度低，使用不太方便。 通過比較，宜選擇接觸式溫度傳感器測量溫度比較合適。本文選擇 PT100溫度傳感器測電機及水泵溫度。 Pt100 傳感器是利用鉑電阻的阻值隨溫度變化而變化、并呈一定函數(shù)關(guān)系的特性來進行測溫，其溫度 /阻值對應(yīng)關(guān)系為： （ 1） 200℃t 0℃ 時， 230 [1 C ( 10 0) ]tR R A t B t t t? ? ? ? ? （ 式 312） （ 2） 0℃≤t≤ 850℃ 時， 20 (1 )tR R At Bt? ? ? （ 式 313） 式中， A=10 3； B=10 7； C=10 12。 PT100 溫度傳感器是一個模擬信號，它在實際應(yīng)用中有二種形式 :一種是不需要顯示的 ,主要采集到 PLC，這樣在使用的時候只需要一塊 PT100 的集成電路，要注意的是這個集成電路采集的不是電流信號 而 是電阻值， PT100 的集成電路（需要一個 177。 12VDC 電源提供工作電壓）直接把采集到的電阻 變?yōu)?5VDC 輸入到 PLC，經(jīng)過簡單的計算就可以得到相應(yīng)的溫度值 。 （這樣的形式可以同時采集多路），還有一種就是單獨的一個 PT100 溫度傳感器（工作電源是 24VDC），產(chǎn)生一個 420mA 的電流，然后再通過一個 420mA 電流電路板把 420mA的電流變?yōu)?15V電壓 。它 可以 串 連一個電磁指示儀表 。 Pt100 溫度傳感器的主要技術(shù)參數(shù)如下： 測量范圍： 200℃ ～ +850℃ ； 允許偏差值 △℃ ： A 級 177。 （ ＋ │t│ ）， B 級 177。 （ ＋ xx 礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 10 頁 │t│ ）； 熱響應(yīng)時間 30s； 最小置入 深度：熱電阻的最小置入深度 ≥200mm ； 允通電流 ≤5mA 。 另外， Pt100 溫度傳感器還具有抗振動、穩(wěn)定性好、準確度高、耐高壓等優(yōu)點。 應(yīng)用范圍 ：氣液兩用型，可用于供水系統(tǒng)，液壓，氣動系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)，加熱系統(tǒng)，空調(diào)系統(tǒng)，自動化工程等。 一、應(yīng)變式壓力傳感器原理介紹 應(yīng)變式壓力傳感器主要用來測量流動介質(zhì)的動態(tài)或靜態(tài)壓力，如動力管道設(shè)備的進出口氣體或液體的壓力、發(fā)動機內(nèi)部的壓力、槍管及炮管內(nèi)部的壓力、內(nèi)燃機管道的壓力等。 應(yīng)變式壓力傳感器大多采用膜片式或筒式彈性元件。 圖 39 為膜片式 壓力傳感器，應(yīng)變片貼在膜片內(nèi)壁，在壓力 p 作用下，膜片產(chǎn)生徑向應(yīng)變 r? 和切向應(yīng)變 t? ，表達式分別為： 2 2 223 (1 ) ( 3 )8r p R xhE?? ??? （式 38） 2 2 223 (1 )( )8T p R xhE?? ??? （式 39） 式中： p — 膜片上均勻分布的壓力； R、 h — 膜片的半徑和厚度； X — 離圓心的徑向距離。 由應(yīng)力分布圖可知，膜片彈性元件承受壓力 p 時，其應(yīng)變變化曲線的特點為：當 x=0 時， max maxrt??? ；當 x=R 時， t? =0， r? = max2r?? 。 根據(jù)以上特點，一般在平膜片圓心處切向粘貼 R R4兩個應(yīng)變片，在邊緣處沿徑向粘貼 R R3兩個應(yīng)變片，然后接成如圖 310 的全橋電路。其中，1 2 3 4R R R R? ? ? ? ? ? ?，且 R1=R2=R3=R4，則： 10 1RUER?? （式 310） UKE? （式 311） xx 礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 11 頁 此時全橋差動電路不僅沒有非線形誤差，而且電壓靈敏 度為單片工作時的 4倍，同時仍具有溫度補償作用。 +U 0ER 1 + Δ R 1R 3 Δ R 3R 4 + Δ R 4R 2 Δ R 2 圖 全橋差動電路 二、 HS956 系列薄膜壓力變送器 在本系統(tǒng)中使用了 HS956 系列薄膜壓力變送器。 HS956 系列薄膜壓力變送器由高性能的薄膜壓力傳感器與信號調(diào)理電路組成。該系列產(chǎn)品技術(shù)獨特、性能優(yōu)越 ,具有體積小、重量輕、安裝簡便、能在惡劣環(huán)境長期穩(wěn)定工作的特點，特別適合頻繁沖擊壓力的測量。是目前理想的流體壓力測量儀表。 HS956 系列薄膜壓力變送器的特點： 穩(wěn)定性高 每年優(yōu)于 177。% 測量誤差小 綜合誤差可小于 177。% 溫度范圍寬 允許介質(zhì)溫度 40～ 125℃ 溫度漂移小 典型溫漂 177。%/℃ 適應(yīng)惡劣環(huán)境 耐溫、耐腐、抗振動 適應(yīng)性廣 產(chǎn)品體積小、重量輕、無隔離膜片和中介液體； 全不銹鋼密封結(jié)構(gòu)，無可動部件；可直接、任意安裝。因此適應(yīng)各種工業(yè)測量場合及介質(zhì)。 主要技術(shù)指標： 介質(zhì) 液體、氣體或蒸汽 輸出 兩線制 4～ ； 量程 ,,,1,2, xx 礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 12 頁 ,3,4,5,6,8,10,16,20,25,30,40,50,60Mpa 電源 ,無負載時可工作在 ， 最大電源電壓 36 ； 負載范圍 允許最小負載為零，最大負載 RL=50（ US12） Ω。其中 US 為電源電壓 ； 過壓 量程的 120% ； 輸出限制 變送器過壓時，內(nèi)部限流器輸出電流限制在 25mA 以下 ； 溫度范圍 敏感元件工作溫度： 50～ 125℃ ； 電子部件工作溫度：40～ 85℃ ； 濕度范圍 0～ 99% 相對濕度 。 水泵流量檢測 流量檢測儀器的安裝位 置 水泵的流量與水泵出口的閘閥開度和出口壓力、電動機電流有直接的關(guān)系。這些 參數(shù)之間相互結(jié)合可以檢測出水泵、電動機的性能和工況。因此水泵出口流量的檢測有非常重要的意義。水泵出口流量的檢測有兩種布置方式 : ① 流量檢測器安裝分別安裝在水泵出口的分支管路上 ， 圖 36所示 。 ② 流量檢測器安裝在水泵出口的總管路上，如圖 37所示。 兩種安裝位置的比較，采用圖 37 所示的安裝方式可以滿足需要。 采用如圖 36示的安裝方式可以保證準確測量每一個水泵在工作過程中的流量。 從而可以比較準確的判斷出各個水泵機組的工作特性。但是結(jié)合煤礦井下排水過程的特點 :水泵的工作方式 (輪番啟動 )，如果采用如圖 37 所示的安裝方式，也可以判 斷出每個水泵的流量，但是需要比較復(fù)雜的軟件設(shè) xx 礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 13 頁 圖 各個水泵分別安裝流 量 傳感器 計來實現(xiàn)。軟件中可以通過檢測干路中的流量總和與所開啟的水泵數(shù)目，可以得到整個排水泵一電機機組的工況。因此出于造價、硬件系 統(tǒng)的復(fù)雜等方面的考慮，優(yōu)先選擇圖 37 所示的方式設(shè) 置 流量計。 圖 各個水泵只安裝一個流 量 傳感器 流量檢測傳感器 一、 電磁流 量 計工作原理 在工業(yè)中經(jīng)常使用的大口徑流量計是電磁流量計。自 20 世紀 50 年代末國內(nèi)首次 工業(yè)應(yīng)用以來，七八十年代在流量測量中運用和發(fā)展很快。 電磁流量計由電磁流量轉(zhuǎn)換器和電磁流量傳感器組成的。電磁流量轉(zhuǎn)換器是為電磁流量傳感器提供電源，并將其測量的流量信號整定成為標準的420mA 電流等其他形 式的信號。電磁流量傳感器 是根據(jù)法拉第原理制成的一種流量計，用來測量導(dǎo)電液體的流量。其原理圖如圖 38所示，它是由產(chǎn)生均勻磁場的系統(tǒng)、不導(dǎo)磁材料的管道以 及在管道橫截面上的導(dǎo)電電極組成。磁場方向、電極連線、管道軸線三者之間是相互垂直的。 當被測導(dǎo)電液體流過管道時，切割磁力線，于是在和磁場及流動方向垂直的方向 上產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，其數(shù)值與液體的流速成正比。即 E BDv? （式 33） 式中 :B— 磁感應(yīng)強度 (T)； D— 切割磁力線的導(dǎo)體液體的長度 (為管道內(nèi)徑 )(m)； v— 導(dǎo)電液體在管道內(nèi)的平均流速 (m/s )。 xx 礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 14 頁 E XNBVS由式 (33 )得被測導(dǎo)電液體得體積流量為 23 . 1 4 1 5 3 . 1 4 1 544D D EQ V v B???? （式 34） 因此，知道感應(yīng)電動勢就可以測出導(dǎo)電液體的流量。 圖 電磁流量傳感器原理圖 二、 電磁流量傳感器的結(jié)構(gòu)特點 理論上認為磁感應(yīng)強度 B是常量，即直流磁場。但直流電勢將使被測液體電解， 使電極極化。正電極被負離子包圍，負電 極被一層正離子包圍，加大了電極的電阻。破壞了原來的測量條件。同時內(nèi)阻增加隨被測液體成分的變化和工作時間長短而變化，因而使輸出電勢不固定，影響測量精度。 而對被測量介質(zhì)的流量測量采用交流電 (頻率為 5OHz)勵磁的交流磁場，即 max sin( )B B t?? （式 35） 感應(yīng)電動勢為 m ax sin( )E B t Dv?? （式 36） 所以體 積流量為 m a x 41 54 si n( )DQV EBt??? （式 37） 為了避免測量管路引起磁分流，故需要用非導(dǎo)磁材料做成。另外，由于測量管路處于較強的交流磁場中，管壁產(chǎn)生渦流，因而產(chǎn)生二次磁通。為了減少渦流，要求測量管路的材料具有高電阻率。且對于不同直徑的電磁流量計，其電極、測量管路都采用不同的材料 做成。 三、 電磁流 量 計的特點 ①測量管路內(nèi)沒有任何突出和可移動的部件，因此可用于有懸浮顆粒的漿液等流量的測量，且壓力損失極小； ②感應(yīng)電勢與被測液體溫度、壓力、粘度等無關(guān)，因此其使用范圍廣泛 。 xx 礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 15 頁 ③測量范圍寬， max min 1500 ? ； ④可以測量各種腐蝕性液體的流量； ⑤電磁流量計的慣性小，可以用來測量脈動流量； ⑥對測量介質(zhì)，要求導(dǎo)電率大于 。 流 量 計的要求 隨著工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的加強和進步，各種智能型電磁流量計已經(jīng)很容易的制造出 來，并 應(yīng)用于測量管道中導(dǎo)電液體的體積流量，如水、污水、泥漿、礦漿、酸、堿、鹽液體及食品槳液等。在石油化工、礦冶、煤炭、水利工程給排水、污水處理等行業(yè)中廣泛應(yīng)用。電磁流量計可以達到以下要求 : ① 420mA 信號輸出型 ； ② 抗干擾性強、精度高、穩(wěn)定性可靠、整體防爆 ； ③ 測量范圍寬，流速 ； 實際上，以常村煤礦 S3水泵房為例，其理論上管路中液體的流速范圍是 :。結(jié)合電磁流量傳感器自身的特點，煤礦井下水泵房采用電磁流量傳 感器檢測水泵出口的流量是簡單易行的。 隨著工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的加強和進步，電磁流量計達到抗干擾性強、精度高、穩(wěn)定性 可靠、整體防爆的要求，適合在煤礦井下使用，且也逐步的推廣和使用。由于每臺水泵的工作曲線特別是使用了一定年限的離心式水泵的流量 /功率、流量 /效率等曲線 有較大的差異，因此無法給出每臺水泵在工作過程中的流量正常閾值和水泵排出水過少的