隔離步檢測

雖然電阻和電容技術有效且易于實施，但它們不是檢測揮發性和有毒液體的最佳選擇。在這里，您希望消除任何電力暴露，甚至可能消除可能爆炸性點燃液體的電弧。

與第1部分中描述的離散步進傳感器技術類似，隔離步驟檢測，而不是使用單獨安裝的機電開關，使用在所需光波長下透明或半透明的單個垂直柱。

可以使用多種光槽型傳感器。對于工業設計人員，應考慮采用精心設計的現成解決方案，例如Omron EE-SPX613。這是一種密封且獨立的光學槽傳感器，可使用6至13毫米的管徑，壁厚可達1毫米。

這些12到24 V的部件不僅僅是發射器和探測器。它們包含一些智慧。靈敏度可調，并且還有模式選擇選項。還有一個內置放大器，帶有開路集電極100-mA npn晶體管輸出，能夠直接驅動負載繼電器（圖1）。

圖1：Omron EE-SPX613中的有源電路可通過模式選擇，并可直接驅動輸出繼電器。

這些設備通過檢測光路折射率的變化來工作。如果管道中沒有液體，則光線通過管道到達接收器。如果填充，則光線通過液體并且不會到達接收器。

現成的光學設備成本敏感的設計可能會影響工程師選擇可以使用的眾多優質現成的插槽傳感器中的一種。例如，TT Electronics/Optex OPB350是一款帶1/8英寸的插槽式光電傳感器。傳感間隙。內置50mA發射器的目標是具有30V 50mA功能的光電晶體管，以創建光電斷路器式探測器。

它的工作原理如下：通過搜索對比度變化，光學傳感器可以在光學接收器通過時檢測彎月面的存在（圖2）。這些過渡是“鎖定”，所以說水平填充或排水，因為空管和填充管之間存在不同的透射率。

圖2：當彎月面穿過光槽時，可以檢測到透射率的變化以使晶體管開關輸出跳閘。

例如，如果管子是空的，光線很容易通過，并使光電晶體管在接收器部分跳閘。這會導致輸出變為邏輯0電平（在典型的npn開路集電極輸出中），并為電流提供匯入路徑。

當液體充滿管時，透射率降低，光電晶體管不再有足夠的光線切換。在這種情況下，它通過上拉電阻浮動并從外部上拉，以向控制電路提供邏輯1。

注意，為獲得最佳效果，液體應對所用光的波長不透明。此外，類似于第1部分中提到的基于浮子的步進檢測器，需要在沿同一管的不同點處使用其中的幾個以獲得所需的液位分辨率。

此外，驅動器的強度應該是可調節的，因此感應水平最大化到最高靈敏度。驅動強度太大，接收器仍然會在填充時拾取信號。微控制器的PWM或D/A輸出可根據需要進行偏置，甚至可提供基于軟件的校準程序。

對于參與醫療應用的工程師，TT Electronics/Optek OPB350有一個有用的培訓模塊。還提供設計和開發套件，以幫助檢測器的液位，流量和氣泡類型的原型設計，表征和開發。注意，還有一個用于自動校準的訓練模塊，如上所述。

線性應變計使用重力

確定液位的最明顯但經常被忽視的技術之一是稱重油箱。重力是一個常數，所以這將始終提供可靠，堅定和準確的液位指示。此外，稱重油箱可以進行精確的液位測量，而不會將油箱內容物暴露在潛在的電火花危險中。

重要的是要注意密度范圍在這里應該保持一定的恒定，以使這種技術起作用。例如，如果相同的系統用酒精填充，則需要進行不同的校準，然后填充汞，因為密度不同。但是，如果總是使用相同的液體，或者如果設計了一個選擇開關以將其偏置到不同的范圍，那么相同的設計可以處理你扔在它上面的任何東西。

應變計可以有效地用于測量重量。一個好的單軸部件（圖3a）是Micro Measurements CEA-06-125UN-350。這款350Ω線性傳感器具有1/8英寸輸入。有效面積和0.3％的電阻容差。

圖3：（a）單軸應變計可以對靜止測量有效。當補償單軸運動時，可以使用雙軸（b）傳感器。同樣，剪切/扭矩配置（c）可以補償2軸的加速度。

如果要在移動或加速系統中使用此技術，則需要在沒有加速時進行采樣，或者根據加速度計的讀數進行校準，因為液體會隨慣性移動并提供錯誤的讀數。

另一種方法是使用多軸應變計制作自己的加速度計。例如，雙軸350歐姆版本是Micro Measurements的CEA-06-125UT-350。該部件使用TEE傳感器布置（圖3b），可以在“V”配置中使用，以補償沿單個軸的運動。

同樣，像350ΩCEA-06-250US-350這樣的剪切/扭矩型應變計可以用作兩個軸上的加速度計（圖3c）。

這種方法有什么好處，你會得到一個非常堅定的閱讀。這不是階梯式傳感器 - 它是一個真正的線性信號，可以提供精確的A/D轉換器精度。

聽力相信

另一種線性液位傳感技術采用超聲波測距技術。由于聲速比光速慢得多，因此反射信號的定時很容易在低成本電子設備的范圍內。因此，超聲波換能器可以合理的成本精確測量距離和接近度。

現成的超聲波距離傳感器可用于工業和關鍵系統。例如，霍尼韋爾的943系列超聲波距離傳感器內置滯后，分辨率低至1mm。輸出選項為PNP或NPN晶體管，或0 - 10 V和4至20 mA輸出。這些部件經過優化，可感應60至3，500 mm的距離。

對于對成本敏感的設計，我們很幸運能夠獲得幾個好的超聲波換能器。一個很好的通用部件，如表面安裝Knowles Acoustics SPM0404UD5提供了廣泛的聲波范圍;從可聽見的10 kHz到超聲波65 kHz。

-40°C至+ 100°C的工作范圍也使其成為極端氣候下電量計傳感的潛在部分。由于相同的換能器可以發射或檢測，因此相同的發射點是相同的接收點。一個簡單的運算放大器電路可以檢測和放大返回信號（圖4）。

圖4：交流耦合的反相運算放大器可以用作返回路徑的信號檢測器和放大器。

對于非腐蝕性，固定的，直接的生產線，可以使用最少的保護涂層直接暴露。對于更具保護性的方法，可以使用反射器和共振屏障來將特定信號路由到測量水平和從測量水平傳遞。

立體接近探測器的一個例子是Parallax 28015距離感應超聲波接近傳感器（Link 11）。這是一款5 V，脈沖，40 kHz，集成距離傳感器，可通過簡單的3引腳SIP模塊化連接到PCB（圖5）。

圖5：作為3針通孔SIP模塊，Parallax 28015可以輕松地集成到設計中

它可以感應距離20 mm到3 m的距離。脈沖串輸出是脈沖的，返回回波定時用于產生相應的脈沖寬度（圖6）。

圖6：返回路徑時序產生表示感測距離的相應脈沖寬度。

Microchip DM163026低功耗解決方案演示/評估/開發板中還提供超聲波開發環境基于PIC18-J系列微控制器（PIC18F4620），該板具有全功能超聲波測距儀和三個自定進度實驗室練習，向設計人員介紹PIC18-J系列的低功耗功能。 本文介紹了可用于監測液位的技術和設備，重點關注光學，重力和聲波技術產品。