一般水和其他液体的电导率测量

一般水和其他液体的电导率测量

by | Wednesday, 1 July, 2020 | 水

由于测试液体的特性，在测电导率的时候要考虑到各种因素。尤其是温度。

电导率以微母为单位，表示物质的导电能力。电阻和电导成反比，以欧姆为单位。即电导越高，电阻越低。

一般水的电导率

纯水实际上是不导电的（0.055 µS/cm，饮用水在500 µS/cm）。它只有通过溶解的物质，如氯化物，硫酸盐和其他物质才能导电。因此，水体的纯度可以通过电导率测量来确定，在这种情况下，水的导电性越高，在水中溶解的物质就越多。典型的电导率测量应用包括，用于检测地下水污染的垃圾填埋场，以及对地下水资源的监测。这使得导电性成为监测环境技术任务中的一个重要因素，从中得出可能包含的杂质。尽管导电率只是污染的一个指标，但进入水中的物质的成分必须经过化学分析。此外，并不是所有能溶解在水中的物质都是导电的（比如激素或杀菌剂）。

另一个常见的应用是确认流向和流速。为了达到这个目的，在水中添加盐，其导电性也相应增加。流速和方向可以通过测量特定点的电导来确定。

正如前面提到的，物质的导电性是跟温度密切相关的。在不同的温度下，同样的物质可以产生不同的电导值。如果没有温度补偿，两种物质没办法在相同温度下进行检测比较。出于此，导电率测量和温度测量是密切相关的。也因此，通常情况下，电导率和温度的测量都是通过单一电导率测量来实现的。然后用温度补偿来计算参考温度下的电导，通常参考温度为25摄氏度。

所测介质决定温度补偿

确定参考温度下的电导率的温度补偿方式完全取决于所测液体。对于一般水，根据水质标准DIN EN 27888，采用非线性功能。

非线性用于盐溶液，酸和碱。为了计算电导率K在温度变化∆T下的变化，我们采用以下公式：

α = (∆K(T)/∆T)/K(25°C)*100

∆K(T) = 选定的温度范围内的电导率变化
∆T = 选定的温度范围内的温度变化
K(25°C)= 25°C下的电导率

最后，以计算快速除垢器的导电性为例。为了获得必要的计算数据，必须进行三次测量：

122.37 mS/cm at 20°C
133.10 mS/cm at 25°C
135.20 mS/cm at 26°C

∆K(T) = 135.20 mS/cm -122.37 mS/cm = 12.83 mS/cm
∆T = 26°C – 20°C = 6°C
K(25°C)= 133.10 mS/cm

α = ((135.20 – 122.37)/(26 – 20))/133.10*100 = 1.60 %/°C

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采用压阻式液位传感器的静水压力测量

采用压阻式液位传感器的静水压力测量

by | Wednesday, 1 July, 2020 | 水

无论是作为生命的给予者、危机，还是仅仅是夏季的一缕馨香，水的元素在许多方面决定着地球上的日常生活。由于它的绝对重要性，对此进行可靠的监测变得至关重要。

不能测量的当然也不能进行有效地管理。从淡水供应、饮用水处理、储存和消耗检测，到废水处理和水文观测，没有正确的测量就不可能有效地进行工作和规划。现在有一系列的设备和程序可以用来获取当今复杂的水文基础设施信息。针对液位测量最为经典的无疑是液位计。它的精度必须达到+/- 1厘米，当然，它是完全模拟式的——必须进行目测，而且不需要进行电子数据传输。现在，更先进、更精确的仪器提供了测量数据的远程传输，包括用于地下水和地表水水位测量的压阻式压力传感器。

压力传感器的液位测量

用于液位测量的压力传感器安装在水域底部进行监测。与液位计相比，它必须浸入水底才能读数。这也不是必须的，因为压阻式传感器是为了满足当今过程自动化和控制的需求而开发的。毫无疑问，在没有人为干涉的情况下，水位是可以测量的，这使得在难以接近的地点进行持续监测成为可能。

流体液位传感器测量水体底部的静水压力，静水压力与液柱高度成正比。此外，它也取决于液体密度和重力。根据帕斯卡定律得到以下公式：

p(h) = ρ * g * h + p0

p(h) = 静水压力
ρ = 液体密度
g = 重力
h =液柱高度

可靠的液位监测需考虑的重要事项：

因为压阻式液位传感器通常安装在水域底部，因此它们免于收到地表影响。泡沫和漂浮物现在都影响不到测量。当然，它们必须适应预期的水下环境。比如盐水应用中，需选择钛材质壳体的液位传感器。如需要电偶腐蚀效应，则PVDF 材质的测量设备是最好的选择。在大多数的淡水中，高质的不锈钢就足够了。最后，液位传感器要充分的接地，以避免雷击造成损害。

例如 (更多示例请点击这里).

现代液位传感器：一台设备提供所有数据

压阻式液位传感器可用于湖泊、地下水等开放水域的水位监测，也可用于封闭的罐体。开放水域宜采用相对压力传感器。利用这些装置，气压补偿由压力传感器电缆内的毛管提供。差压传感器通常用于罐体，因为附在液体上的气体覆盖层也必须考虑在内。 (了解更多请点击这里 )。

压阻式液位传感器可用于湖泊、地下水等开放水域的水位监测，也可用于封闭的罐体。开放水域宜采用相对压力传感器。利用这些装置，气压补偿由压力传感器电缆内的毛管提供。差压传感器通常用于罐体，因为附在液体上的气体覆盖层也必须考虑在内。

Figure 1: Examples of level sensors for hydrostatic pressure measurement

除了几乎没有深度限制这一方面之外，这些现代的测量仪器也极为万能。毕竟我们关注的不仅仅是水体的液位，水质对于地下水的监测也起着很重要的作用。比如地下水库的水的纯净度也由它的电导率来决定，电导率越低，水质越纯净。(了解更多电导率)。除了电导率传感器，液位探头现在也有集成的温度测量。压阻式液位传感器提供了广泛的监测任务，在大多数情况下毫无疑问比液位计更可取。

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雨水和污水罐体内泵控液位监测

雨水和污水罐体内泵控液位监测

by | Tuesday, 30 June, 2020 | 水

供水和废水处理因各地情况而异。在比利时的建筑中，许多地窖比污水系统还要深。因此，这里的废水处理必须通过泵来调节。

比利时的泵业公司Pumptech为业主和管理员提供强大的工业水泵，通过这种水泵，建筑物内的水循环会受到相应的监管。这在比利时的各个地区都是常见的，因为建筑内的地窖通常位于污水系统的下方。

由于废水不会直接流入污水系统，因此只能暂时储存在废水池中。这些建筑也会经常收集雨水，用于卫生设施。屋顶的雨水被注入地下储罐，可以继续使用。而废水，它最终流入单独的废水池，从而流入污水系统。

无论是在废水罐还是雨水罐体中，液位的监测对于水泵的日常运行都是至关重要的。因此，Pumptech使用投入式液位传感器 ATM.ECO/N已经15年了。最初是通过浮球开关来监测液位。随着时间的推移，发现这一方法不尽如人意——尤其是在废水罐方面。与投入式液位传感器相比，浮球开关的最大缺点是受到浮在污水面上的杂质影响，从而不能正常工作。这可能会产生深远的影响，因为水泵本身是通过测量罐装高度来控制的。当超过预定液位值时，第一个泵开始工作，同时第二个泵在下一个固定水位进行接入。如果达到限定高度，也会引发警报。

投入式液位传感器通常安装在罐体底部，不易受到水中杂质污染。Pumptech测试了不同的供应商的产品，他们的选择最终了STS模拟量液位传感器ATM.ECO/N。因为与竞争对手相比，这些产品在长期稳定性方面最符合它们的要求。长期以来，这些泵控装置一直在正常工作，没有发生事故。

ATM.ECO/N投入式液位传感器采用高质不锈钢制的全密封膜片。压力连接电缆上的防潮过滤器还可以防止水或其他污染物进入其测量芯体。另一个优势是，与之前的浮球开关相比，它的反应迅速，现在用户可以立即看到罐体内部情况。

点击 这里可下载ATM.ECO/N电子版资料。

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将压阻式测量芯体集成到现有应用中

将压阻式测量芯体集成到现有应用中

by | Tuesday, 30 June, 2020 | OEM 集成

每个压力变送器的核心元件是压力测量单元。 使用压阻式压力变送器，这基本上等同于惠斯登电桥测量装置。 初级压力测量在此通过应变仪的变形进行。如果需要，该压阻测量单元也可以集成到现有应用中，例如压力开关或压力调节器。为实现这个目的存在各种可能性。

需要将传感器单元而不是压力变送器集成到现有应用中的最常见原因是空间不足。 在液压阀中，例如，仅有几立方厘米的空间。 因此，整个压力传感器的集成通常是不可能的。 由于空间不足，一些用户选择使用外部传感器，然后将其凸缘安装到现有应用程序。 然而，这种方法很麻烦，并且不如将单独的测量单元集成到应用中那样最优。

在为单个应用选择合适的测量单元时，相同的问题大体上与选择整个压力变送器一样。 除了别的以外，需要建立的是待测量的压力范围，温度条件以及相关的介质兼容性。在将压阻测量单元用于现有应用中时，可以增加三个另外的选择标准：这些是用于集成传感器单元的机械和电气考虑。

机械选择标准涉及将测量单元实际构建到相关应用中。根据需要，这些可能性需保持开放：

  • 拧入
  • 焊接
  • 插入
  • 楔入

在电气方面，必须确定在应用中使用哪些电子器件来提供电信号传输。 在一些情况下，可能存在于应用中的电子器件不被配备用于集成压力测量单元。 在这种情况下，电信号转换必须单独集成。

我们现在有一个现实生活的例子：STS客户希望改造现有的精密高压控制阀用于测试台应用，可选择压力测量。 由于整个压力变送器不能集成到阀中，因此必须选择单个压力测量单元。 这里的要求是它必须显示高达600巴的压力，并且应该设计为在10V的电源下从0至100mV / V的信号输出。

选择的解决方案是具有不锈钢压力端口和微型补偿技术的测量单元。 这可以以节省空间的方式拧入已经存在的盖下方的阀体中，并且还被屏蔽以免受外部影响。 安装在阀体上，其安装高度低于30mm（包括绳股的弯曲半径）。 除了其最小尺寸外，还有一个附加功能：零位置和量程可由用户通过电位计单独调整。

具有不锈钢压力端口的测量单元，用于在高压控制阀上安装

咨询是关键

压阻测量芯体是STS的核心能力。 它们在内部完全制造，显示压力范围从100 mbar到1,000 bar，可提供不锈钢，钛和哈斯特洛伊耐蚀镍基合金材料。 这意味着，原则上，它们可以用于几乎任何可想到的测量任务。 与我们的工程师合作，客户获得了大量的咨询服务，将合适的测量单元集成到现有应用中。

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压力测量技术中的应变片

压力测量技术中的应变片

by | Tuesday, 30 June, 2020 | 压力测量

应变片是通过机械变形来改变电阻的测量装置。它们被用于各种测量仪器中，除了天平和称重元件外，还包括压力传感器。

压力传感器依赖于几个物理变量，包括电感、电容或压电。然而，压力变送器最常见的物理特性是电阻，这可以在半导体应变片的金属变形或压阻效应中观察到。

压力是由机械变形决定的，其中应变片被附加到一个弹性载体上。这里很重要的一点是，应变片可以跟踪这个载体的运动。如果一个压力作用在载体上，产生的变形引起导体轨道横截面的变化，这反过来导致电阻的变化。压力传感器记录的正是这种电阻的变化，并据此确定压力。

Figure 1: 应变片在压力下的变形

因此，作用在导体上的变形会使其长度发生变化(Δl)。由于体积不变，所以改变的是横截面，电阻R:

ΔR/R = k • Δl/l

电阻的变化(ΔR)与长度的变化(Δl)成正比，而比例因子(k)取决于几何形状和材料特性。

 

对于金属导体，k值为2，而在半导体中，k值也可能很高。由于半导体的“k因子”相对较高，因此它们更敏感，因此可以测量哪怕是最轻微的压力变化。温度依赖性也因此而增加。

金属应变片电阻的变化是由尺寸变化(几何形状)引起的。然而，在半导体应变片中，这种变化是由于晶体结构的改变(压阻效应)。

然后通过桥式电路对压力引起的变形引起的电阻变化进行评估。为此，应变片连接起来形成惠斯通电桥(图2)。两个应变片沿径向放置，两个沿切向放置。

因此，在变形时，两个被拉伸，两个被压缩。为了补偿温度效应并使信号尽可能线性，应变片必须具有完全相同的电阻并以精确的几何形状排列，这一点很重要。

Figure 2: 桥接电路

金属应变片

在金属应变片中，我们必须区分箔类和薄膜类。

箔应变片由只有几微米厚的卷箔组成。这里通常使用康铜作为材料，但也可以使用Karma和Modco，特别是当需要较高的温度范围或温度低于-150°C时。康铜的“k因子”很低，只有2.05，因此不是很敏感。考虑到这一点，这种材料具有较低的温度依赖性，这也是它最常用于箔式应变片的原因。

箔式应变片更偏向用于测压元件。它们通常不够灵敏，不像压力传感器，不能记录小于1bar的值。它们的温度范围也相对有限，根据类型的不同，温度甚至不能超过80°C。

薄膜应变片是由所谓的薄膜技术生产的，例如，通过气相沉积或溅射涂层。这里的制造过程更复杂，也比箔式应变片更昂贵。然而，另一方面，170°C的温度范围是可能的，它们的长期稳定性也非常好。

金属薄膜应变片提供长期稳定，但也相当昂贵的测量仪器。检测压力越低，制造成本就越高。低于6bar的低压只能在较差的精度下检测到。

半导体应变片

半导体应变片的工作原理是压阻效应。大多数情况下硅材质。半导体应变片比金属应变片更敏感。它们通常也通过分离膜与介质分离，压力通过传递流体传递。

Figure 3: 压敏电阻测量装置

在半导体材料中，压阻效应比金属应变片要显著约50倍。半导体应变片要么粘在载体上，要么直接溅射涂在载体上。后者是一个强烈的结合，并确保免于迟滞，以及抗老化和温度稳定性。虽然压阻效应并不仅限于半导体应变片，但“压阻式压力传感器”一词已经被用于将弹性结构在压力下变形和电阻全部集成到一个芯片中的仪器。

压阻式压力传感器体积小，(除薄膜外)没有任何活动部件。他们的生产是基于正常的半导体制造方法。同时，有可能将电阻与在压力下变形的弹性膜集成到一个芯片中，从而产生一个只有一个芯片大小的压力测量单元。

压阻薄膜应变片附着在硅载体上，并通过绝缘层与载体分离。这提高了制造门槛，因此也提高了价格，但可达到-30°C到200°C的温度范围。由于硅的高弹性特性，，正是高k因子实现了高灵敏度，使得压阻式压力变送器成为mbar刻度上最小压力范围的首选。此外，还可以生产出微小尺寸的器件，这对潜在的应用范围有积极的影响。此外，长期稳定性和EMC兼容性非常好，后者，当然，取决于载体材料。然而，温度补偿需要更多的努力，但即使是这个挑战也可以很容易地克服。点击阅读更多关于温度补偿信息。

厚膜应变片

被印在陶瓷或金属薄膜上。它的厚度为20微米，比薄膜应变仪厚1000倍。由于它们的生产要求低，价格更便宜，但由于它们的厚膜老化，长期稳定性能不是很好。

应变片的类型对测量仪器有很大的影响。价格、精度和长期稳定性等因素在选择合适的压力变送器时时起着重要作用。根据我们的经验，使用压阻薄膜应变片的压力变送器被证明是最有效的，由于它们的灵敏度，它们可以在高精度记录宽压力范围，同时也表现出良好的长期稳定性。

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