传感器技术作业

导电式水位传感器的工作原理及实际应用

1.导电式传感器的介绍及原理

导电式水位传感器是液位传感器的一种，它测量液位的目的是为了液体储藏量的管理，确保液位的安全或自动化控制。

导电式水位传感器的基本工作原理，如图1所示。电极可根据检测水位的要求进行升降调节，他实际上是一个导电性的检测电路，当水位低于检知电极时，两电极间呈绝缘状态，检测电路没有电流流过，传感器输出电压为零。假如水位上升到与检知电极端都接触时，由于水有一定的导电性，因此测量电路中有电流流过，指示电路中的显示仪表就会发生偏转，同时在限流电阻两端有电压输出。人们通过仪表或电路输出电压便得知水位已达到预定的程度了。如果把输出电压和控制电路连接起来，便可对供水系统进行自动控制。

图1 导电式水位传感器的基本工作原理图

图2是导电式水位检测器的电路原理图。电路主要由两个运算放大器组成，通过电容器C1IC1a运算放大器及外围元件组成方波发生器，与检知电极相接。IC1b运算放大器与外围元件组成比较器，以识别仪表水位的电信号状态。采用发光二极管作为水位的指示。由于水有一定的等效电路R0，当水位上升到和检知电极接触时，方波发生器产生的矩形波信号被旁路。相当于加在比较器反相输入端的信号为直流低电平，比较器输出端输出高电平，发光二极管处于熄灭状态。当水位低于检知电极时，电极与水呈绝缘状态，方波发生器产生正常的矩形波信号，此时比较器输出为低电平，发光二极管闪烁发光，告知水箱缺水。如要对水位进行控制，可以设置多个电极，以电极不同的高度来控制水位的高低。

图2 a)导电式水位检测器电路原理图

图2 b)等效电路及输出波形

2.太阳能热水器水位报警器的工作原理及原理图

导电式水位传感器，在日常工作和生活中应用很广泛，它在抽水及储水设备、工业水箱、汽车水箱等方面均被采用。下面就介绍一下导电式水位传感器在太阳能热水器上的应用。

由于这里的自然条件，人们大多数都安装了太阳能热水器，而太能热水器一般都设在房外房屋的高处，热水器的水位在使用时不易观测。使用水位报警器后，则可实现水箱中缺水或加水过多时自动发出声光报警声。

此次水位报警器是利用导电式传感器的三个电极设计的，通过传感器将水位变化转化为电信号送到测控电路中，通过对信号的处理对外在条件进行操作，可大体用图表表示为：

水位报警器的电路原理图如图3所示。导电式水位传感器的三个探知电极分别和VT1、VT2和VT3的基极及地端相连。电路的电源由市电经变压器降压、整流器整流提供，发光二极管VD5为电源指示灯。报警声由音乐集成电路9300产生，R8及VD10产生的3.6V直流电压供9300使用，VT4、VT5组成音频功放级，将IC输出的信号放大后，使扬声器发出报警声。

图3 水位报警器电路原理图

当水位在电极1、2之间处于正常情况下，电极1悬空，VT1截止，

高水位指示灯VD8为熄灭状态。由于电极2、3处在水中，又由于水电阻的原因，使VT3导通，VT2截止，低水位指示灯VD9也处于熄灭状态。整个报警系统处于非报警状态。

当热水器水箱中的水位下降低于电极2时，VT3截止，VT2导通，低水位指示灯VD9点亮。由C3及R4组成的微分电路在VT2由截止到导通的跳变过程中产生的正向脉冲，将触发音乐集成电路IC工作，随之扬声器发出30s的报警声。告知水箱将要缺水了。

同理，当水箱中的水超出电极1时，VT1导通，高水位指示灯VD8点亮，同时C2和R3微分电路产生的正向脉冲触发音乐集成电路IC工作，使扬声器发出报警声，告知水箱中的水快溢出来了。 根据以上的工作原理的介绍，可用一个控制流程图来概括：

3．总结

太阳能热水器水位传感器在此次电路中是非常关键的部分，由此我们不得不考虑它所存在的一些问题。因为在电路中它必须一直在水中放着，不得不考虑长期工作在水中会有水垢等物质生成，就会造成传感器的灵敏度的下降。还有一个重要的因素也要考虑，通常情况下，热水器水箱中的温度会很高，就得要求传感器必须耐高温，不受温度的影响。所以，在今后的学习中，希望将这些存在的问题能有效地解决。

4.参考文献

1.黄继昌. 传感器工作原理及应用实例. 人民邮电出版社，1998 2.周乐挺. 传感器与检测技术. 高等教育出版社，2004 3.金发庆. 传感器技术与应用. 机械工业出版社，1993 4.孙慧芹. 传感器入门. 北京：科学出版社，2006

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