液位傳感器電路圖 帶Arduino的SST液位傳感器設(shè)計(jì)

液位傳感器是一種廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域的裝置，用于測(cè)量液體或固體物質(zhì)的液位高低。隨著科技的進(jìn)步，液位傳感器在設(shè)計(jì)和功能上不斷創(chuàng)新，提高了測(cè)量精度和可靠性。本文將從液位傳感器的定義、特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)、類型、工作原理、應(yīng)用領(lǐng)域以及未來發(fā)展趨勢(shì)等方面進(jìn)行詳細(xì)介紹。

一、液位傳感器的定義

液位傳感器是一種能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)物體液位高低的裝置。它通過測(cè)量液體與傳感器之間的物理量差異，將感知到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)液位狀態(tài)的精確控制和監(jiān)測(cè)。液位傳感器在工業(yè)自動(dòng)化控制、環(huán)境監(jiān)測(cè)、能源管理等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用，確保了生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性和安全性。

二、液位傳感器的特點(diǎn)

1. 高度精確的測(cè)量能力 ：液位傳感器能夠?qū)崟r(shí)精確地感知液位的變化，確保測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。這對(duì)于需要精確控制液位的工業(yè)過程尤為重要，如化工生產(chǎn)、制藥行業(yè)等。
2. 高度可靠的工作性能 ：液位傳感器采用先進(jìn)的技術(shù)和材料制造，具備良好的抗壓、抗腐蝕能力，能夠在各種惡劣環(huán)境下穩(wěn)定工作。其固態(tài)結(jié)構(gòu)和高可靠性設(shè)計(jì)，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命。
3. 便捷的安裝和維護(hù) ：液位傳感器體積小巧，安裝方便，可以在各種容器中靈活布置。同時(shí)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便，維護(hù)成本低，降低了企業(yè)的運(yùn)營(yíng)成本。
4. 多樣化的輸出方式 ：液位傳感器可根據(jù)用戶需求提供多種輸出方式，如4～20mA電流信號(hào)、0～5V電壓信號(hào)等，方便與控制系統(tǒng)或顯示設(shè)備連接。
5. 廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域 ：液位傳感器不僅適用于工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域，還廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)、石油、化工、冶金、食品加工等多個(gè)行業(yè)，為不同領(lǐng)域提供了精確的液位測(cè)量解決方案。

三、液位傳感器的結(jié)構(gòu)

液位傳感器的基本結(jié)構(gòu)通常包括傳感元件、信號(hào)處理電路和輸出裝置三個(gè)部分。

1. 傳感元件 ：傳感元件是測(cè)量液體高度的核心部件，根據(jù)測(cè)量原理的不同，可以是浮子、壓力傳感器、電容傳感器、超聲波傳感器等。浮子式傳感器通過浮子隨液位變化而上下移動(dòng)來測(cè)量液位；壓力式傳感器則利用液體靜壓與液位高度成比例的原理進(jìn)行測(cè)量；電容式傳感器通過測(cè)量液體與電容器之間的電容值變化來確定液位；超聲波傳感器則通過發(fā)射和接收超聲波信號(hào)來測(cè)量液位。
2. 信號(hào)處理電路 ：信號(hào)處理電路負(fù)責(zé)將傳感元件采集到的信號(hào)進(jìn)行放大、濾波等處理，轉(zhuǎn)換為可使用的電信號(hào)。這一步驟對(duì)于提高測(cè)量精度和穩(wěn)定性至關(guān)重要。
3. 輸出裝置 ：輸出裝置將處理后的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為可視化的液位顯示或其他形式的輸出。常見的輸出方式包括液晶顯示屏、LED指示燈、模擬信號(hào)輸出等。

四、液位傳感器的類型

液位傳感器根據(jù)其測(cè)量原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可以分為多種類型，包括浮子式傳感器、壓力式傳感器、電容式傳感器、超聲波傳感器、雷達(dá)傳感器等。

1. 浮子式傳感器 ：浮子式傳感器利用浮子在液面上升或下降時(shí)引起機(jī)械裝置運(yùn)動(dòng)的原理來測(cè)量液位。浮子隨液位變化而上下移動(dòng)，通過傳感器將運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸出。浮子式傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。
2. 壓力式傳感器 ：壓力式傳感器利用液體靜壓與液位高度成比例的原理進(jìn)行測(cè)量。傳感器將液體靜壓轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出，通過測(cè)量電信號(hào)的變化來判斷液位的高低。壓力式傳感器具有測(cè)量精度高、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于石油、化工等領(lǐng)域。
3. 電容式傳感器 ：電容式傳感器通過測(cè)量液體與傳感器之間的電容差異來判斷液位高低。當(dāng)液位變化時(shí)，液體與傳感器之間的電容值也會(huì)發(fā)生變化，通過測(cè)量電容值的變化來確定液位的高低。電容式傳感器具有靈敏度高、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，適用于對(duì)液位變化要求較高的場(chǎng)合。
4. 超聲波傳感器 ：超聲波傳感器通過發(fā)射和接收超聲波信號(hào)來測(cè)量液位。傳感器發(fā)射超聲波信號(hào)后，超聲波在液體中傳播并反射回來，通過測(cè)量超聲波的傳播時(shí)間來確定液位的高度。超聲波傳感器具有非接觸式測(cè)量、測(cè)量范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于高溫、高壓、腐蝕性強(qiáng)的介質(zhì)測(cè)量。
5. 雷達(dá)傳感器 ：雷達(dá)傳感器利用電磁波進(jìn)行液位測(cè)量。傳感器發(fā)射電磁波后，電磁波在液體表面反射并返回傳感器，通過測(cè)量電磁波的往返時(shí)間來確定液位的高度。雷達(dá)傳感器具有測(cè)量精度高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，適用于復(fù)雜環(huán)境下的液位測(cè)量。

五、 液位傳感器電路圖

1、液位傳感器電路圖

這是一個(gè)液位傳感器電路，當(dāng)液體達(dá)到一定液位時(shí)會(huì)發(fā)出警報(bào)。它可以使用單個(gè) IC L4620 和很少的外部元件輕松構(gòu)建，并且具有振蕩頻率。 1.6kHz。

該信號(hào)被分為 32 份，產(chǎn)生的 50 Hz 時(shí)鐘信號(hào)通過引腳 2 饋送到傳感器。該傳感器是一個(gè)簡(jiǎn)單的濕度相關(guān)電阻。它通常由液體中的 2 根電線組成，可將引腳 3 短接到地或不短接。

傳感器接口接收 200 Hz 信號(hào)，并將引腳 3 處的電壓與取決于引腳 2 的參考電壓進(jìn)行比較。當(dāng)引腳 2 為低電平時(shí)，參考電壓在 0.2 和引腳 2 的電壓范圍內(nèi)。當(dāng)引腳2為高電平時(shí)，它與引腳2的電壓在0.4伏以內(nèi)。一旦超過這些閾值，傳感器接口就會(huì)將信息傳遞到電路的其余部分。

當(dāng)超過閾值時(shí)液位傳感器電路將發(fā)出警報(bào)，引腳8必須為高電平。另一方面，當(dāng)引腳 8 為低電平時(shí)，報(bào)警輸出有效。警報(bào)不會(huì)立即觸發(fā)，只有當(dāng)警報(bào)情況（達(dá)到液位）在傳感器處保持恒定 10 秒（引腳 7 為低電平）或 20 秒（引腳 7 為高電平）時(shí)才會(huì)觸發(fā)。

該液位報(bào)警項(xiàng)目在報(bào)警期間可消耗高達(dá) 300 mA 的電流，但電流取決于電源電壓。電源電壓為 5 伏時(shí)，電流約為 6 mA。

2、光電液位傳感器電路圖

光電液位傳感器是通過光學(xué)反射原理，根據(jù)內(nèi)部接收到的反射光線情況來檢測(cè)液位高低的。工作原理:光電液位開關(guān)內(nèi)置紅外發(fā)光二極管和光敏接收器，頭部是棱鏡結(jié)構(gòu)。

當(dāng)水箱無水狀態(tài)時(shí)，發(fā)光二極管所發(fā)出的光經(jīng)過透明棱鏡后會(huì)折射回接收管，傳感器會(huì)立即給出信號(hào)提示，設(shè)備接收到信號(hào)則立刻控制電路警示燈亮起；當(dāng)水箱有水狀態(tài)時(shí)，則光折射到液體中，從而使接收器收不到或只能收到少量光線。

六、帶 Arduino 的 SST 液位傳感器設(shè)計(jì)

通過使用 SST 液位傳感器，我們可以通過 TTL 兼容的推挽輸出來檢測(cè)液位。該傳感器部分覆蓋有堅(jiān)固的材料，它允許我們安裝在有限的傳感區(qū)域。帶 Arduino 的 SST 液位傳感器，無需任何接口組件即可工作。 SST 液位傳感器設(shè)計(jì)用于精確測(cè)量容器、儲(chǔ)罐或水庫(kù)中的液位。它們對(duì)于監(jiān)測(cè)涉及液體的系統(tǒng)（例如工業(yè)流程、汽車應(yīng)用、水管理等）中的液位至關(guān)重要。

液位開關(guān)/傳感器

光學(xué)液位傳感器使用精確定位在傳感器尖端底部的紅外LED和光電晶體管。當(dāng)尖端為空氣時(shí)，紅外光圍繞尖端內(nèi)部反射到光電晶體管，在兩者之間提供良好的光學(xué)耦合。當(dāng)傳感器的尖端浸入液體中時(shí)，紅外光從尖端逸出，導(dǎo)致光電晶體管處的光量發(fā)生變化，從而使輸出狀態(tài)發(fā)生變化。它可以在 4.5VDC 至 15.4VDC 偏置下工作，這里我們使用 Arduino 5V 引腳，沒有衰減電阻。當(dāng)我們提供 15VDC 偏置時(shí)，它的輸出電流高達(dá) 100mA，并且 Arduino Uno 使用 ATMEGA328 微控制器，每個(gè) GPIO 的絕對(duì)最大額定電流為 40 mA。因此，如果您要提供超過 5V 的直流電壓，請(qǐng)考慮在數(shù)字輸入引腳中使用限流電阻。

傳感器位置

Arduino SST 液體傳感器接口

將傳感器的Vcc和Gnd引腳連接到arduino的電源引腳，并將傳感器的輸出引腳連接到arduino數(shù)字引腳7。確保傳感器的位置感測(cè)液位。

Arduino代碼

复制// Liquid level detection using an SST sensor
//
// When a liquid touches the tip of the sensor,
// an LED at pin 13 turns on.
// 
// Hardware:
//     Sensor    | Arduino
//  -------------|---------
//    Vs (RED)   |    5V
//   Out (GREEN) |   pin 7
//   GND (BLUE)  |    GND

// Pins
const int LIQUID_SENSOR_PIN = 7;
const int LED_PIN = 13;

void setup() { 
  pinMode(LIQUID_SENSOR_PIN, INPUT);
  pinMode(LED_PIN, OUTPUT);
  digitalWrite(LED_PIN, LOW);
}

void loop() {

  // Read sensor. If liquid touches the tip, the sensor will 
  // read 0V. Turn on LED if liquid is present.
  int isDry = digitalRead(LIQUID_SENSOR_PIN);
  if ( isDry ) {
    digitalWrite(LED_PIN, LOW);
  } else {
    digitalWrite(LED_PIN, HIGH);
  }

  delay(200);
}