【導(dǎo)讀】能，同時(shí)也具有壓力報(bào)警和顯示控制的功能,并對(duì)液位和壓力值進(jìn)行顯示。測(cè)、按鍵控制、水位控制、顯示部分、故障報(bào)警等幾部分組成來實(shí)現(xiàn)供暖控制。并且通過模數(shù)轉(zhuǎn)換把這些信號(hào)送入單片機(jī)中。對(duì)液面的控制,從而實(shí)現(xiàn)單片機(jī)自動(dòng)控制液面的目的。本設(shè)計(jì)用單片機(jī)控制易于實(shí)現(xiàn)鍋爐液。的工作、維修方便、等優(yōu)點(diǎn)。

　　

【正文】 從曲線還可以看出，不同材料的光敏晶體管，光譜峰值波長(zhǎng)不同。硅管的峰值波長(zhǎng)為，鍺管的峰值波長(zhǎng)為 。由于鍺管的暗電流比硅管大，因此鍺管性能較差。因此在探測(cè)可見光或赤熱物體時(shí)，多采用硅管。但對(duì)紅外光進(jìn)行探測(cè)時(shí)，采用鍺管較為合適。 2)伏安特性 光敏三極管在不同照度下的伏安特性，就象普通三極管在不同基極電流下的輸出特性一樣，如圖 211 所示。在這里改變光照就相當(dāng)于改變一般三極管的基極電流，從而得到這樣一簇曲線。 3)光電特性 它指外加偏置電壓一定時(shí)，光敏晶體管的輸出電流和光照度的關(guān)系。一般說來，光敏二極管光電特性的線性較好，而光敏三極管在照度小時(shí)，光電流隨照度增加較小，并且在光照足夠大時(shí)，輸出電流有 飽和現(xiàn)象。這是由于光敏三極管的電流放大倍數(shù)在小電流和大電流時(shí)都下降的緣故。 4)溫度特性 溫度的變化對(duì)光敏晶體管的亮電流影響較小，但是對(duì)暗電流的影響卻十分顯著，如圖 所示。因此，光敏晶體管在高照度下工作時(shí)，由于亮電流比暗電流大得多，溫度的影響相對(duì)來說比較小。但在低照度下工作時(shí)，因?yàn)榱岭娏鬏^小，暗電流隨溫度變化就會(huì)嚴(yán)重影響輸出信號(hào)的溫度穩(wěn)定性。在這種情況下，應(yīng)當(dāng)選用硅光敏管，這是因?yàn)楣韫艿陌惦娏饕孺N管小幾個(gè)數(shù)量級(jí)。同時(shí)還可以在電路中采取適當(dāng)?shù)臏囟妊a(bǔ)償措施，或者將光信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，對(duì)輸出的電信號(hào)采用交 流放大，利用電路中隔直電容的作用，就可以隔斷暗電流，消除溫度的影響。 5)頻率特性 光敏晶體管受調(diào)制光照射時(shí)，相對(duì)靈敏度與調(diào)制頻率的關(guān)系稱為頻率特性。如圖 212所示。減少負(fù)載電阻能提高響應(yīng)頻率，但輸出降低。一般來說，光敏三極管的頻響比光敏二極管差得多，鍺光敏三極管的頻響比硅管小一個(gè)數(shù)量級(jí)。 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 圖 211 光敏晶體管的光譜特性 Fit 211 optical transistor spectral characteristic 圖 212 光敏三極管的伏安特性 Fit 212 Photistor IV 光電傳感器的敏感范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了電感、電容、磁力、超聲波傳感器的敏感范圍。此外，光電傳感器的體積很小，而敏感范圍很寬，加上機(jī)殼有很多樣式，幾乎可以到處使用。最后，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，光電傳感器在價(jià)錢方面可以同用其他技術(shù)制造的傳感器競(jìng)爭(zhēng)。 4123Ic(mA)20406080100Kr(%)1 21 . 00 . 5 1 . 5 2 . 0i (μ m ) 8 12E e =2 5 00 lx2500lx1500lx1000lx500 lx2500lx1 硅光敏晶體管 2 鍺光敏晶體管 4123Ic(mA)20406080100Kr(%)1 21 . 00 . 5 1 . 5 2 . 0i (μ m ) 8 12E e =2 5 00 lx2500lx1500lx1000lx500 lx2500lx1 硅光敏晶體管 2 鍺光敏晶體管曹德寶 :鍋爐液位控制系統(tǒng) 我選用的是光電式傳感器來對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)量 因?yàn)樗哂薪Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，價(jià)格低廉，經(jīng)久耐用，使用范圍廣等特點(diǎn)。 有上節(jié)了解到了光電式傳感 器 ,光電式溫度傳感器是利用導(dǎo)光管為感溫器件，能使所接受的信息比較真實(shí)地輻射出來。光電式傳感器利用爐溫的光輻射，通過導(dǎo)光管進(jìn)入，經(jīng)聚焦照射在敏感元件上，光敏元件在光的照射下，便產(chǎn)生光電流，其強(qiáng)弱隨著爐溫的增高或下降而變化，在通過 LED 的顯示判斷是否實(shí)行報(bào)警。由于有導(dǎo)光管保護(hù)而不受光路污染，從而達(dá)到高精度、高靈敏度。 正常的爐膛內(nèi)的溫度能夠確保鍋爐安全的使用 ,鍋爐的設(shè)計(jì)工作溫度一般低于 90176。C，工作壓力小于 (絕對(duì)壓力 )，屬真空容器，在正常運(yùn)行時(shí)絕無汽爆的可能，本設(shè)計(jì)選用的是高靈敏度的溫度傳感器 :光電溫 度傳感器 ,與鍋爐控制器相連，當(dāng)熱媒水溫度超過設(shè)定溫度時(shí)，燃油、燃?xì)忮仩t的燃燒裝置就自動(dòng)停止一切輸出，燃煤鍋爐就會(huì)報(bào)警提醒操作人員，限制鍋爐的燃燒強(qiáng)度。 我采用的器件是光電耦合器件 ,它是利用發(fā)光元件與光敏元件封裝為一體而構(gòu)成電 光 電轉(zhuǎn)換的器件 ,加到發(fā)光器件上的電信號(hào)為耦合器的輸入信號(hào) ,接收器件的輸出信號(hào)為耦合器的輸出信號(hào)。當(dāng)有信號(hào)電壓加到光電耦合器的輸入端時(shí) ,放光器放光 ,光敏器受光照而產(chǎn)生光電流 ,使出端產(chǎn)生相應(yīng)的的電信號(hào) ,從而實(shí)現(xiàn)了電 光 電的傳輸和轉(zhuǎn)換。 光電耦合器采用密封管殼 ,不受外界光的干擾 ,具有其穩(wěn) 定性 ,同時(shí)器件利用光作為信號(hào)傳輸介質(zhì) ,輸入端和輸出端之間在電氣上是完全絕緣的?？闺姶鸥蓴_能力也很強(qiáng) ,諸多優(yōu)點(diǎn)讓我選擇它作為鍋爐爐膛內(nèi)的溫度檢測(cè)元件 ,下圖為光電耦合器傳輸隔離示意圖 : 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 圖 213 傳輸隔離電路圖 Fit213 transmission to separate circuit diagram 壓電式傳感器的設(shè)計(jì) 因?yàn)橐獙?duì)壓力過大或壓力不夠?qū)嵭袌?bào)警 ,所以要對(duì)壓力進(jìn)行測(cè)量 ,我采用的是壓電式傳感器來對(duì)壓力進(jìn)行檢測(cè) ,壓電式傳感器是以某些晶體受力 后在其表面產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)為轉(zhuǎn)換原理的傳感器。所謂壓電效應(yīng)是某些晶體，在一定方向受到外力作用時(shí)，內(nèi)部將產(chǎn)生極化現(xiàn)象，相應(yīng)地在晶體的兩個(gè)表面產(chǎn)生符號(hào)相反的電荷；當(dāng)外力作用除去時(shí)，又恢復(fù)到不帶電狀態(tài)。當(dāng)作用力方向改變時(shí)，電荷的極性也隨著改變，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。具有壓電效應(yīng)的物質(zhì)很多，如石英晶體、壓電陶瓷、壓電半導(dǎo)體等。它可以測(cè)量最終能變換為力的各種物理量，例如力、壓力、加速度等。 壓電式傳感器具有體積小、重量輕、頻帶寬、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。近年來壓電測(cè)試技術(shù)發(fā)展迅速，特別是電子技術(shù)的迅速發(fā)展，使壓電式傳感器的 應(yīng)用越來越廣泛。 壓電效應(yīng)和陶瓷壓電式傳感器選取 壓電式傳感器的基本原理是物質(zhì)的壓電效應(yīng)。壓電效應(yīng)是某些晶體，在一定方向受到外力作用時(shí)，內(nèi)部將產(chǎn)生極化現(xiàn)象，相應(yīng)的在晶體的兩個(gè)表面產(chǎn)生符號(hào)相反的電荷；當(dāng)外力作用除去時(shí)，又恢復(fù)到不帶電狀態(tài)。當(dāng)作用力方向改變時(shí)，電荷的極性也隨著改變。具有壓電效應(yīng)的物質(zhì)很多，如石英晶體、壓電陶瓷、壓電半導(dǎo)體等。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12ABCD121110987654321DCBAT i t l eN u m b e r R e vi s i o nS i z eA1D a t e : 1 9 J u n 2 00 7 S he e t o f F i l e : E : \ 曹德寶 \ 2 2\ B a c k up of 1 1. S c h D r a w n B y : U1 U?O P T O I S O 1 R?R E S 2 + V C C 2+ V C C 1 曹德寶 :鍋爐液位控制系統(tǒng) 選取合適的壓電材料是壓電式傳感器的關(guān)鍵，一般應(yīng)考慮以下主要特性進(jìn)行選擇： 1)具有較大的壓電常數(shù)。 2)壓電元件的機(jī)械強(qiáng)度高、剛度大并具有較高的固有振動(dòng)頻率。 3)具有高的電阻率和較大的介電常數(shù)，以減少電荷的泄漏以及外部分布電容的影響。 4)具有較高的壓電性能破壞時(shí)的溫度轉(zhuǎn)變點(diǎn)。轉(zhuǎn)變電高可以得到較寬的工作溫度范圍。 5)壓電材料的壓電特性隨時(shí)間蛻變，有較好的時(shí)間穩(wěn)定性。 我采用的是 壓電陶瓷是一種多晶鐵電體，它是具有電疇結(jié)構(gòu)的壓電材料。電疇是分子自發(fā)形成的區(qū)域，它有一定的極化方向。在無外電場(chǎng)作用時(shí)，各個(gè)電疇在晶體中無規(guī)則排列，它們的極化效應(yīng)互相抵消。因此，在原始狀態(tài)壓電陶瓷呈現(xiàn)中性，不具有壓電效應(yīng)。 當(dāng)在一定的溫度條件下，對(duì)壓電陶瓷進(jìn)行極化處理，即以強(qiáng)電場(chǎng)使電疇規(guī) 則排列，這時(shí)壓電陶瓷就具有了壓電性，在極化電場(chǎng)去除后，電疇基本上保持不變，留下了很強(qiáng)的剩余極化。 對(duì)于壓電陶瓷，通常取它的極化方向?yàn)?Z 軸。當(dāng)壓電陶瓷在沿極化方向受力時(shí)，則在垂直于 Z 軸的表面上將會(huì)出現(xiàn)電荷，見圖 214，其電荷量 q 與作用力 F 成正比，即 q= dzzF (27) 式中， dzz為縱向壓電系數(shù)。 ( 2 8 )XXZ Y Z XYYAAq d F d F? ? ? ? ? （ 28） 式中， AX 為極化面面積； AY 為受力面面積。 壓電陶瓷在受到如圖 214 所示的作用力 F 時(shí)，在垂直于 Z 軸的上下平面上分別出正、負(fù)電荷，即 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) a b 圖 214 壓電陶瓷的壓電原理 Fit214 piezoceramics’ piezoelectricity principle 壓電式傳感器的測(cè)量電路 1)等效電路 壓電傳感器在受外力作用時(shí)，在兩個(gè)電極表面將要聚集電荷，且電荷量相等，極性相反。這時(shí)它相當(dāng)于一個(gè)以壓電材料為電介質(zhì)的電容器，其電容量為 0a AC h??? (2 9)? 式中， ε0 為真空介電常數(shù)： ε 為壓電材料的相對(duì)介電常數(shù)； h 為壓電元件的厚度； A為壓電元件極板面積。 因此可以把壓電式傳感器等效成一個(gè)與 電容相并聯(lián)的電荷源，如圖 215 所示 。 圖 215 壓電式傳感器并聯(lián)電荷源 圖 215 piezoelectric sensor parallel circuit charge electric power source 壓電傳感器與測(cè)量?jī)x表聯(lián)接時(shí)，還必須考慮電纜電容 CC，放大器的輸入電阻 Ri和輸Q C au a = Q/C a u 0C au a = Q/C a+ + + + + + + + + 曹德寶 :鍋爐液位控制系統(tǒng) 入電容 Ci以及傳感器的泄漏電阻 Ra。圖 216 畫出了壓電傳感器完整的等效電路 圖 216 壓電傳感器的等效 電路 Fit 216 equivalent scheme of piezoelectric sensor 2)基本測(cè)量電路 壓電傳感器的內(nèi)阻抗很高，而輸出的信號(hào)微弱，因此一般不能直接顯示和記錄。 壓電傳感器要求測(cè)量電路的前級(jí)輸入端要有足夠高的阻抗，這樣才能防止電荷迅速泄漏而使測(cè)量誤差變大。壓電傳感器的前置放大器有兩個(gè)作用：一是把傳感器的高阻抗輸出變換為低阻抗輸出；二是把傳感器的微弱信號(hào)進(jìn)行放大。壓電傳感器的發(fā)大電路有電壓放大器和 電荷放大器 ,而我采用的是電荷放大電路。 電荷放大器是一種輸出電壓與輸入電 荷量成正比的前置放大器。它實(shí)際上是一個(gè)具有反饋電容的高增益運(yùn)算放大器。圖 217 是電荷放大器連接的等效電路。 圖 217 電荷放大器等效電路 Fit 217 equivalent scheme of charge amplifier Q C a C c C iR a R i QC aC c C iR a R iQ C a C c C iR a R iC fR fN遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 如果忽略電阻 Ra、 Ri及 Rf 的影響，則輸入到放大器的電荷量為 (210) 式中， A 為開環(huán)放大系數(shù)。所以有 (211) 故放大器的輸出電壓為 (212) 當(dāng) A1，而 (1+A)Cf時(shí)，放大器輸出電壓可以表示為 (213) 由式中可以看出，由于引入了電容負(fù)反饋，電荷放大器的輸出電壓僅與傳感器產(chǎn)生的電荷量及放大器的反饋電容有關(guān)，電纜電容等其他因素對(duì)靈敏度的影響可以忽略不計(jì)。電荷放大器的靈敏度為