第5章 电容式传感器（P99） 5－3 图5—7为电容式液位计测量原理图。请为该测量装置设计匹配的测量电路，要求输出电压0U 与液位h 之间呈线性关系。 图5-7 解： 电容式液位计的电容值为：d D n h C C 1)(210εεπ-+ =，其中d D n H C 120πε=。 可见C 与液面高度h 呈线性关系。 可以看出，该结构不宜做成差动形式，所以不宜采用二极管双T 形交流电桥，也不宜采用脉冲宽度调制电路。另外要求输出电压0U 与液位h 之间呈线性关系，所以不宜采用调频电路和运算放大器式电路。 可以采用环形二极管充放电法，具体电路如图所示。可将直流电流表改为直流电压表与负载电阻R 的并联，R 上的电压为0U ，则有： )(0d x C C E Rf RI U -?== 其中，C x 为电容式液位计的电容值，f 为方波的频率，ΔE =E 2-E 1为方波的幅值，C d 为平衡电容传感器初始电容的调零电容。当h=0时调节 d D n H C C d 120πε==，则输出电压0U 与 液位h 之间呈线性关系。 5－5 题5—5图为电容式传感器的双T 电桥测量电路，已知Ω== =k R R R 4021， d D n h C C 1) (210εεπ-+ =环形二极管电容测量电路原理图 E V R
Ω=k R L 20，V e 10=，MHz f 1=，pF C 100=，pF C 101=，pF C 11=?。求L U 的 表达式及对于上述已知参数的L U 值。 解： ()() V C C Uf R R R R R R U L L L L 18.010110110202040) 20240(40)()() 2(1262 012 =??????+?+?= -?++=- 5－8 题5—8图为二极管环形电桥检波测量电路，p U 为恒压信号源，1C 和2C 是差动式电容传感器，0C 是固定电容，其值10C C >>，20C C >>，设二极管41~D D V V 正向电阻为零，反向电阻为无穷大，信号输出经低通滤波器取出直流信号AB e 。要求： ① 分析检波电路测量原理； ② 求桥路输出信号()21,C C f e AB =的表达式； ③ 画出桥路中A U 、B U 、AB e 在21C C =、21C C >、21C C <三种情况下的波形图（提 示：画出p U 正负半周的等效电路图，并标出工作电流即可求出AB e 的表达式）。 解： 等效电路为： U p t 题5—8图
光电式液位传感器的优点、缺点 光电式液位感器的主要功能是侦测液位，可以实现缺水保护、无水报警、防水过多溢出等功能，广泛应用于各个行业。那么光电式液位传感器存在什么缺点什么优点呢？ 光电式液位传感器的优点： 1.响应时间短 光本身为高速，并且传感器的电路都由电子零件构成，所以不包含机械性工作时间，响应时间非常短。可快速、精准的检测液位，实现电器缺水保护、防水满溢出功能 2.液位检测精度高 污垢、液体中的杂物、沉淀物等都不会影响光电式液位传感器的检测精度，不同于浮球式液位传感器的液位控制精度在±3mm，而如能点的光电式液位传感器可以达到±0.5mm的精确度。 可检测多类型的液体 由于光电式液位传感器以光学反射未检测原理，所以并不像浮球式液位传感器那样受液体杂物、粘稠性限制，它可对净水、具有杂质的污水、具有腐蚀性的清洗液、黏稠的柴油机油等各类液体进行检测。 可实现非接触式的检测 使用分离式光电液位传感器，液体容器与机器是可分离的，可以不接触液体也能检测液位。水箱可移动，可更加方便清洗、且更卫生。
可多方位安装 在光电式液位传感器的采集方法中，安装是不会影响它的正常工作的。因此光电式液位传感器可以朝上、朝下安装；侧面安装、斜向安装等，因此水箱或其他容器的不规则形状并不会限制它的使用。 光电式液位传感器的缺点： 1. 不可在阳光直射下使用 可以采用更改安装的方式避免，或者是采用遮光罩等方式避免。 2.水汽、水蒸气等导致的探头上有水珠会影响传感器检测
在经过程序调整后，在程序中把这一因素计算在内可以解决此问题。 3.液面波动导致液位传感器误判。 可以采用在程序中加入防抖逻辑的方式，解决液面波动这一因素的影响。
按液位计传感器的所属学科分类。可分为物理型、化学型和生物型。把被测量转换成电址参数;化学型是利用化学反应，物理型是利用各种物理效应，把被测量转换成为电量参数;生物型是利用生物 按液位计传感器转换过程中的能量关系分类，可分为能最转换型和能最控制型。能量转换型是磁性翻柱液位计传感器直接将被测量的能最转换为输出量的能量;能量控制型是由外部供给液位计传感器能量。而由被测量来控制输出的能量。 按液位计传感器转换原理分类，可分为电阻式、微波式、激光式、超声式、光电式、热电式、电感式、电容式、电磁式、压电式、髯尔式、光纤式及核辐射式等等。 按液位计传感器转换过程中的物理现象分类，可分为结构型和物性型。结构型是依靠液位计传感器结构变化来实现参数转换的;物性型是利用液位计传感器的敏感元件特性变化实现参数转换的。 按液位计传感器的用途分类。可分为重址、位移、速度、加速度、力、电压、电流、温度、压力、流傲、功率物性参数等等。 效应及机体部分组织、微生物，把被测量转换为电最参数。 按液位计传感器输出量的形式分类，可分为模拟式和数字式。模拟式液位计传感器枪出为模拟量;数字式液位计传感器输出直接为数字量。 按液位计传感器的功能分类。可分为传统型和智能型。传统型磁翻板液位计传感器一般是指只具有显示和输出功能的液位计传感器;真正意义上的智能液位计传感器，推理、感知、应该具备学习、通讯等功能，具有精度高、性能价格比高、使用方便等特点。 智能型液位计传感器发展迅速，目前可实现的功能，概括起来有： 具有自动补偿功能具有自校零、自标定、白校正功能;具有双向通讯、标准化数字输出或者符号输出功能能够自动采集数据，并对数据进行预处理;能够自动进行检验、自选量程、自动诊断故障;具有数据存储、记忆与信息处理功能;具有判断、决策处理功能。 艾驰商城是国内最专业的MRO工业品网购平台，正品现货、优势价格、迅捷配送，是一站式采购的工业品商城！具有10年工业用品电子商务领域研究，以强大的信息通道建设的优势，以及依托线下贸易交易市场在工业用品行业上游供应链的整合能力，为广大的用户提供了传感器、图尔克传感器、变频器、断路器、继电器、PLC、工控机、仪器仪表、气缸、五金工具、伺服电机、劳保用品等一系列自动化的工控产品。 如需进一步了解图尔克、奥托尼克斯、科瑞、山武、倍加福、邦纳、亚德客、施克等各类传感器的选型，报价，采购，参数，图片，批发信息，请关注艾驰商
题目传感器电容式湿度传感器的应用 姓名 学号 系（院）_电子电气工程学院_ 班级 目录 前言 (3) 1. 绪论 (1) 1.1电容式传感器的工作原理 (1)
1.2电容式传感器的特点 . (4) 2. 系统设计 (6) 2.1硬件电路设计 (6) 2.2 湿敏电容器的特性 (8) 2.3 电容式传感器数据处理 (8) 2.4测试结果 (8) 结论 (10) 参考文献 (11) 淄博职业学院 前言 人类的生存和社会活动与湿度密切相关，随着现代化的实现，很难找出一个与湿度无关的领域来。在电子科学技术日益发达的今天, 人类对自身的生活环境及工作环境要求越来越高。湿度的监测与控制在国民经济各个部门，如国防、科研、煤炭开采和井下监测以及人生活等诸多领域有着非常广泛的应用。众所周知, 湿度的测量较复杂，而对湿度进行控制更不易。人们熟知的毛发湿度计、干湿球湿度计等已不能满足现代工作条件和环境的要求。为此，人们研制了各种湿度传感器，其中电阻和电容型湿度传感器以其测量范围宽, 响应速度快, 测量精度高, 稳定性好, 体积小, 重量轻，制造工艺简单等显示出极大的优越性, 在实际中得到了广泛应用。由于应用领域不同，对湿度传感器的技术要求也不同。从制造角度看，同是湿度传感器，材料、结构不同，工艺不同。其性能和技术指标有很大差异，因而价格也相差甚远。湿度是一个重要的物理量，航天航空，计量等许多环境中需要在高温下进行湿度的测量，很多行业中，如发电、纺织食品、医药、仓储、农业等，对温度、湿度参量的要求都非常严格，目前，在低温条件下，（通常是指100℃以下），湿度
测量已经相对成熟，有商品化产品，并广泛应用于各种行业，另外有许多以行业需要在高温环境下测量湿度，如航天航空、机车舰船、发电变电、冶金矿山、计量科研、电厂、陶瓷、工业管道、发酵环境实验箱、高炉等场合，这时，湿度测量结果往往不如低温环境下的测量结果理想，另外，在恶劣的环境下工作，例如气流速度、温度、湿度变化非常剧烈或测量污染严重的工业化气体时，将使精度大大下降。然而，随着科技的进步，人们对湿度的测量设备进行了越来越深层的研究，本文就以电容型湿度传感器进行阐述。 1. 绪论 1.1电容式传感器的工作原理 电容式传感器是将被测量的变化转换为电容量变化的一种装置，它本身就是一种可变电容器。由于这种传感器具有结构简单，体积小，动态响应好，灵敏度高，分辨率高，能实现非接触测量等特点，因而被广泛应用于位移、加速度、振动、压力、压差、液位、等分含量等检测领域。 这里主要介绍电容式传感器的原理、结构类型、测量电路及其工程应用。当被测量的变化使S 、d 或ε任意一个参数发生变化时，电容量也随之而变，从而完成了由被测量到电容量的转换。当式中的三个参数中两个固定，一个可变，使得电容式传感器有三种基本类型：变极距型电容传感器、变面积型电容传感器和变介电常数型电容传感器。电容式传感器的测量电路就是将电容式传感器看成一个电容并转换成电压或其他电量的电路。因此，常用的测量电路主要有桥式电路、调频电路、脉冲宽度制电路、运算放大器电路、二极管双T 形交流电桥和环行二极管充放电法等。调频电路实际是把电容式传感器作为振荡器谐振回路的一部分, 当输入量导致电容量发生变化时，振荡器的振荡频率就发生变化。虽然可将频率作为测量系统的输出量，用以判断被测非电量的大小，但此时系统是非线性的，不易校正，因此必须加入鉴频器，将频率的变化转换为电压振幅的变化，经过放大就可以用仪器指示或记录仪记录下来。
电容式智能液位仪
目录 目录 摘要 (2) 1.导言 (3) 2.传感器 (4) 2.1理想的电容式传感器 (4) 2.2电路模型 (5) 2.3传感器特性 (6) 2.4传感器结构 (7) 3.硬件电路设计 (11) 3.1硬件电路划分 (11) 3.2单片机的选用 (11) 3.3直流充放电式电容测量电路设计 (13) 3.4信号调理电路设计 (14) 3.5单片机电路及模数转化电路设计 (15) 3.6通信电路设计 (16) 4.系统软件设计 (18) 4.1编程环境与编程语言 (18) 4.2软件总体设计 (18) 5.电容测量电路的实验结果和分析 (19) 5.1实验过程及结果 (19) 5.2实验分析 (21) 参考文献 (22) 摘要
设计一种多功能智能化液位检测装置，采用A Tmega8作为硬件电路核心，以圆柱形电容探头为液位检测传感器，利用电容频率转换原理将电容变化为频率变化，利用单片机检测频率，软件计算液位高度。本装置具有机械去液面波动，用软件进行温度修正、线性校正、用户自校正，通信和多液体选择等功能。 本文主要创新之处是提出一种适合于波动液面液位检测的智能液位仪，具有温度补偿、用户自校正和通信等功能。本文设计了高度为100cm的柱形电容液位检测传感器，电容器具有结构简单，电路实现容易，利用555振荡电路实现了电容到频率的转换，利用程序实现频率到高度转换，理论正确可靠，推算过程合理，利用软件分段修正减小了线性误差。在电容的两端装有液位缓冲器，采用机械的方式减小液面波动。由实验测试可知，本液位检测装置性能稳定，检测可靠，测量精度达到1cm, 分辨率可0.1cm，达到车载式喷雾机液位检测的要求。利用此方案可根据需要设计各种量程的液位检测装置，适用性较广。 ·2· 1.导言
课程设计 设计名称: 电容式位移传感器的设计_ 专业班级: __ 姓名: ____________ 学号: _________ 指导教师: ______ xxxx年 xx 月
目录 一、设计要求……………………………………………………………… 3 二、电容传感器工作特性 (3) 三、电容传感器的优缺点 (3) 四、基本原理……………………………………………………………… 3 五、设计分析……………………………………………………………… 4 六、消除和减少寄生电容的影响 (5) 七、转换电路的设计 (6) 八、差动放大电路………………………………………………………… 8 九、相敏检波器系统工作及原理 (9) 十、心得体会 (11) 十一、参考文献 (12) 十二、附录 (13)
1、设计要求： 设计差动变面积式电容位移传感器，要求规定的设计参数。 1、测量范围（mm）：0~±1mm； 2、线性度（%Fs）：0.5； 3、分辨率（μm）：0.01； 4、灵敏度（PF/mm）： 5、通过理论设计、结构设计、理论分析等过程设计传感器结构和测量电路，画出结构示意图和测量电路图，并进行参数计算。利用参数和结构来选择合理的方法消除或减少寄生电容的干扰影响。结合传感器实验平台，确定传感器的静态灵敏度和线性范围，并设计电容传感器的电子秤应用实验。 2、电容传感器工作特性 电容式传感器具有灵敏度高、精度高等优点。相对与其他传感器来说，电容式传感器的温度稳定性好，其结构简单，易于制造，易于保证高的精度，能在高温、低温、强辐射及强磁场等各种恶劣环境条件下工作，适应性强；它的静电引力小，动态响应好，可用于测量高速变化的参数，如测量振动、瞬时压力等；它能够实现非接触测量，在被测件不能受力，或高速运动，或表面不连接，或表面不允许划伤等不允许采用接触测量的情况下，电容传感器可以完成测量任务；当采用非接触测量时，电容传感器具有平均效应，可以减少工件表面粗糙度等对测量的影响。因其所需的输入力和输入能量极小，因而可测极低的压力、很小的加速度、位移等，由于在空气等介质中损耗小，采用差动结构并连接成桥式电路时产生的零点残余电压极小，因此允许电路进行高倍率放大，使仪器具有很高的灵敏度，分辨力高，能敏感0.01μm至更小的位移。本课题采用差动变面积式电容位移传感器，线性的反映电容和位移的变化关系。 3、电容传感器的优缺点
光电开关/传感器工作原理、接线图、概要、特长 发布者：david 发布时间：2011-5-13 17:47:53 阅读：2133次 光电传感器概要 「光电传感器」是利用光的各种性质，检测物体的有无和表面状态的变化等的传感器。光电传感器主要由发光的投光部和接受光线的受光部构成。如果投射的光线因检测物体不同而被遮掩或反射，到达受光部的量将会发生变化。受光部将检测出这种变化，并转换为 电气信号，进行输出。大多使用可视光（主要为红色，也用绿色、蓝色来判断颜色）和红
外光。光电传感器如下图所示主要分为3类。（详细内容请参见「分类」） 对射型 回归反射型 扩散反射型 光电传感器特长 ①检测距离长 如果在对射型中保留10m以上的检测距离等，便能实现其他检测手段（磁性、超声波等）无法离检测。达到的长距 ②对检测物体的限制少 由于以检测物体引起的遮光和反射为检测原理，所以不象接近传感器等将检测物体限定在金属，它可对玻璃.塑料.木材.液体等几乎所有物体进行检测。 ③响应时间短 光本身为高速，并且传感器的电路都由电子零件构成，所以不包含机械性工作时间，响应时间非常短。
④分辨率高 能通过高级设计技术使投光光束集中在小光点，或通过构成特殊的受光光学系统，来实现高分辨率。也可进行微小物体的检测和高精度的位置检测。 ⑤可实现非接触的检测 可以无须机械性地接触检测物体实现检测，因此不会对检测物体和传感器造成损伤。因此，传感器能长期使用。 ⑥可实现颜色判别 通过检测物体形成的光的反射率和吸收率根据被投光的光线波长和检测物体的颜色组合而有所差异。利用这种性质，可对检测物体的颜色进行检测。 ⑦便于调整 在投射可视光的类型中，投光光束是眼睛可见的，便于对检测物体的位置进行调整。 光电传感器原理 ①光的性质 直射 光在空气中和水中时，总是直线传播。 使用对射型传感器外置的开叉来检测微小物体的示例便是运用了这种原理。 曲折 是指光射入到曲折率不同的界面上时，通过该界面后，改变行进方向的现象。 反射（正反射、回归反射、扩散反射）
为了选择最佳的液位传感器，我们不但需要了解被测液体的属性和状态，同时，也要知道不同的检测方式的优点与局限性，从而才能选出最合适的传感器。以下为目前市场上最常见的检测技术。 激光测量：激光类传感器基于光学检测原理，通过物体表面反射光线至接收器进行检测，其光斑较小且集中，易于安装、校准，灵活性好，可应用于散料或液位的连续或者限位报警等;但其不适合应用于透明液体（透明液体容易折射光线，导致光线无法反射至接收器），含泡沫或者蒸汽环境（无法穿透泡沫或者容易受到蒸汽干扰），波动性液体（容易造成误动作），振动环境等。 tdr（时域反射）/ 导波雷达/微波原理测量：其名称在行业内有多种不同的叫法，其具备了激光测量的好处，如：易于安装、校准，灵活性好等，另外其更优于激光检测，如无需重复校准和多功能输出等，其适用于各种含泡沫的液位检测，不受液体颜色影响，甚至可应用于高粘性液体，受外部环境干扰相对小，但其测量高度一般小于6米。 超声波测量：由于其原理为通过检测超声波发送与反射的时间差来计算液位高度，故容易受到超声波传播的能量损耗影响。其亦具备安装容易、灵活性高等特点，通常可安装于高处进行非接触式测量。但当使用于含蒸汽、粉层等环境时，检测距离将会明显缩短，不建议使用在吸波环境，如泡沫等。 音叉振动测量：音叉式测量仅为开关量输出，不能用于连续性监控液体高度。其原理为：当液体或者散料填充两个振动叉时，共振频率改变时，依靠检测频率改变而发出开关信号。其可用于高粘度液体或者固体散料的高度监控，主要为防溢报警、低液位报警等，不提供模拟量输出，另外，多数情况下需要开孔安装于容器侧面。 光电折射式测量：该检测方式通过传感器内部发出光源，光源通过透明树脂全反射至传感器接受器，但遇到液面时，部分光线将折射至液体，从而传感器检测全反射回来光量值的减少来监控液面。该检测方式便宜，安装、调试简单，但仅能应用于透明液体，同时只输出开关量信号。 艾驰商城是国内最专业的MRO工业品网购平台，正品现货、优势价格、迅捷配送，是一站式采购的工业品商城！具有10年工业用品电子商务领域研究，以强大的信息通道建设的优势，以及依托线下贸易交易市场在工业用品行业上游供应链的整合能力，为广大的用户提供了传感器、图尔克传感器、变频器、断路器、继电器、PLC、工控机、仪器仪表、气缸、五金工具、伺服电机、劳保用品等一系列自动化的工控产品。 如需进一步了解图尔克、奥托尼克斯、科瑞、山武、倍加福、邦纳、亚德客、施克等各类传感器的选型，报价，采购，参数，图片，批发信息，请关注艾驰商城https://www.doczj.com/doc/f114725359.html,/
电容式传感器在液位测量中的应用 【摘要】本文主要介绍了电容式传感器在液体测量中的一项应用——电容式液位计。电容式液位计是企业自动化的重要检测工具.本文介绍的电容式传感器做成水位测量计报警系统，结构简单，具有极高的抗干扰性和可靠性，解决了温度、湿度、压力及物质的导电性等因素对测量过程的影响。 【关键词】电容式液位计;测量原理;连接电路 洪水灾害是我国发生频率高、危害范围广、对国民经济影响最为严重的自然灾害。洪灾会造成江、河、湖、库水位猛涨，堤坝漫溢或溃决。所以一个安全，可靠，及时的水位测量系统显得尤为重要，目前我国较多使用的是浮子式水位测量计，虽然结构简单，但是干扰性较差，抗腐蚀能力也较低。本文根据检测与转化技术中的电容式传感器做成水位测量计报警系统，结构简单，具有极高的抗干扰性和可靠性，解决了温度、湿度、压力及物质的导电性等因素对测量过程的影响。能够测量强腐蚀性的液体，如酸、碱、盐、污水等。 1.解决方案 由于较多的降雨，水库的水位会增加，所以可以利用电容式传感器做成水位测量计。 1.1检测原理 电容式液位计是根据电容的变化来实现液位高度测量的液位仪表，电容式液位计的主要构件包括容式物位传感器和检测电容的线路。电容式液位计在测量时是将一根金属棒探入被测量容器的溶液中，将金属棒作为电容的一极，将容器壁作为电容的另一极。 电容式液位计在工作时，两个电极之间分别处于两种介质之中，而这两种介质的介电常数肯定是不同的，液体的介电常数ε1和气体的介电常数ε2之间存在一个差，这样同一段距离中ε1与ε2的比例不同，加和的结果也不同。 电容式液位计测量时，加设ε1>ε2，那么当液位升高时，ε1占据的比例增大而ε2占据的比例减小，两个电极之间的总的介电常数值也就会随之增大，而电容量也就会相应增加，通过对电容量增加值的测算就可以得到液位高度值。 在液位的连续测量中，多用同心圆柱式电容器，同心圆柱式电容器的电容量: C=■ 式中：
电容式感应工作原理及设计 电容式感应的工作原埋是什么呢?下面的示意图显示了1个电容式感应按钮的横截面。如图所示，在外覆层材料之下，存在导电的铜块区域和导电的传感器。在2个导电元件相互之间靠得很近时，就会产生一个电容值，本图中标为Cp，这个电容值是由于传感器垫板与接地板之间的耦合现象而形成的。Cp属于寄生电容，典型数量级任10pF至300pF。传感器与接地板靠近时也会形成一个边缘电场，这个电场能够穿透外覆层。基本上，人体组织也属于导电体。将一根手指放存边缘电场附近时，就会增加这个电容系统的导电表面面积。 但是，这个在图中标为CF的附加手指电容值的数量级在0.1pF至10pF。虽然一根于指的存在会导致电容发生变化，但与寄生电容相比，该变化的幅度是相当小的。而传感器的测得电容值称为CX。在没有手指存在的情况下，CX基本上等于CP。而在于指存在时，CX 则为CP和CF的和。 图1 手指电容值 电容式感应的设计方案 在我们了解了电容式感应的工作原理后，如何开始设计某一特定产品的电容式感应界面呢?我们重点要考虑到设计方案的需要。这个产品将用在什么地方?使用环境严苛吗?这项
设计中最重要的因素是电池的使用时间还是产品的耐久性?不同的因素对设计方案的影响也各不相同。 根据正在设计的产品类型，功耗可能是关键因素，也可能不是关键因素。例如，在由电池供电的手持设备上，功耗具有极为重要的意义。而一种对整体平均功耗即电池使用时间进行控制的方式是设立3个不同的工作区域。一个工作区域是快速响应区，这个区域内的每个传感器每200微秒扫描一次。系统会在按钮和滑动触摸处于连续操作状态下进入这一区域。在操作很少或无操作时，系统可以进入一个慢速响应区，将扫描频率减少到大约每100毫秒1次。最后，如果在很长时间内没有操作，则系统可以进入深度休眠模式，从而节省电力。通过实现节能、慢速响应模式，在便携手持设备每100秒扫描3个按钮的情况下，系统的耗电量可以低于50μA的平均电流。 在当今的电子产品领域，噪声也成为另-项重要的考虑因素。各类感应噪声，诸如来自电力线路的噪声，以及来自移动手机或日光灯的辐射噪声，无时无刻不存在，所以必须加以考虑。为了进行有效防范，我们的目标是增加信噪比，并消除虚假触摸响应。 在设计信噪比、耐久性、静电放电抵抗力以及精确度时，所选择的外覆层材料以及外覆层厚度具有很大的影响。而且，在考虑材料的类型和厚度时，必须根据产品的需要，在许多方面采取折衷方式。随着外覆层材料厚度的增加，信号和噪声两方面均会减少。但是，外覆层材料越厚，则对于静电放电的抵抗力就越强。人体的静电电压可以高达15 KV，而电容式感应系统的外覆层有助于避免集成电路在遭受此类静电放电时发生永久性损坏。另一种解决方法是，使用一层聚酰亚胺(Kapton)带，这种材料在需要超强静电放电保护的应用中能够发挥良好的作用。当然，外覆层越厚，也就越不容易破裂或者遭到破坏。
传感器课程设计说明书 电容式导电液体液位传感器Capacitive conductive liquid level sensor 学院名称：机械工程学院 专业班级： 学生： 学生学号： 指导教师： 指导教师职称：教授 2012年 1 月
电容式导电液体液位传感器 专业班级：**** 学生：**** 指导老师：**** 职称：**** 摘要在工业自动化生产过程中，为了实现安全快速有效优质的生产，经常需要对液位进行测量，继而进行自动调节、智能控制使生产结果更趋完善。 通常进行液位测量的方法有二十多种，分为直接法和间接法。直接液位测量法是以直观的方法检测液位的变化情况，如玻璃管或玻璃板法。然而随着工业自动化规模的不断扩大，因其方法原始、就地指示、精度低等逐渐被间接测量方法取代。目前国外工业生产中普遍采用间接的液位测量方法，如浮子式、液压式、电容法、超声波法、磁致伸缩式、光纤等。其中电容式液位测量价格低廉、结构简单，是间接测量方法中最常用的方法之一。 本设计采用一种简单方便的电容式液位测量方法，电容式传感器是将被测非电量的变化转化为电容变化量的一种传感器,它具有结构简单、分辨力高、可实现非接触测量，并能在高温、辐射和强烈震动等恶劣条件下工作等优点，是很有发展前途的一种传感器。 本电容式液位测量设计方式是用等径的长直圆筒容器，液位的高低正比于导电液体与测杆中导电金属铜之间电容的大小，通过测量电路的转换，就可以很方便地测量出液面的位置。 此课程设计的目的是为了熟练掌握电容传感器的基本知识和各种测量电路的原理运用；基本掌握测量液位方法的基本思路和方法；能够利用所学的基本知识和技能，解决简单的传感器测量问题；培养综合利用传感器进行测量设计的能力。 关键词：液位测量电容式传感器测量电路电容传感器测量
Capacitive Sensor Operation Part 1: The Basics Part 1 of this two-part article reviews the concepts and theory of capacitive sensing to help to optimize capacitive sensor performance. Part 2 of this article will discuss how to put these concepts to work. Noncontact capacitive sensors measure the changes in an electrical property called capacitance. Capacitance describes how two conductive objects with a space between them respond to a voltage difference applied to them. A voltage applied to the conductors creates an electric field between them, causing positive and negative charges to collect on each object Capacitive sensors use an alternating voltage that causes the charges to continually reverse their positions. The movement of the charges creates an alternating electric current that is detected by the sensor. The amount of current flow is determined by the capacitance, and the capacitance is determined by the surface area and proximity of the conductive objects. Larger and closer objects cause greater current than smaller and more distant objects. Capacitance is also affected by the type of nonconductive material in the gap between the objects. Technically speaking, the capacitance is directly proportional to the surface area of the objects and the dielectric constant of the material between them, and inversely proportional to the distance between them as shown.: In typical capacitive sensing applications, the probe or sensor is one of the conductive objects and the target object is the other. (Using capacitive sensors to sense plastics and other insulators will be discussed in the second part of this article.) The sizes of the sensor and the target are assumed to be constant, as is the material between them. Therefore, any change in capacitance is a result of a change in the distance between the probe and the target. The electronics are calibrated to generate specific voltage changes for corresponding changes in capacitance. These voltages are scaled to represent specific changes in distance. The amount of voltage change for a given amount of distance change is called the sensitivity. A common sensitivity setting is 1.0 V/100 μm. That means that for every 100 μm change in distance, the output voltage changes exactly 1.0 V. With this calibration, a 2 V change in the output means that the target has moved 200 μm relative to the probe.
1、水位传感器组成及工作原理 水位传感器是一种测量液位的压力传感器．静压投入式液位变送器（液位计）是基于所测液体静压与该液体的高度成比例的原理，采用国外先进的隔离型扩散硅敏感元件或陶瓷电容压力敏感传感器，将静压转换为电信号，再经过温度补偿和线性修正，转化成标准电信号（一般为4～20mA／１～５ＶＤＣ）。分为两类：一类为接触式，包括单法兰静压/双法兰差压液位变送器，浮球式液位变送器，磁性液位变送器，投入式液位变送器，电动内浮球液位变送器，电动浮筒液位变送器，电容式液位变送器，磁致伸缩液位变送器，侍服液位变送器等。第二类为非接触式，分为超声波液位变送器，雷达液位变送器等。 静压投入式液位变送器（液位计）适用于石油化工、冶金、电力、制药、供排水、环保等系统和行业的各种介质的液位测量。精巧的结构，简单的调校和灵活的安装方式为用户轻松地使用提供了方便。4～20mA、 0～5v、 0～10mA等标准信号输出方式由用户根据需要任选。 利用流体静力学原理测量液位，是压力传感器的一项重要应用。采用特种的中间带有通气导管的电缆及专门的密封技术，既保证了传感器的水密性，又使得参考压力腔与环境压力相通，从而保证了测量的高精度和高稳定性。 是针对化工工业中强腐蚀性的酸性液体而特制，壳体采用聚四氟乙烯材料制成，采用特种氟胶电缆及专门的密封技术进行电气连接，既保证了传感器的水密性、耐腐蚀性，又使得参考压力腔与环境压力相通，从而保证了测量的高精度和高稳定性。 工作原理： 用静压测量原理：当液位变送器投入到被测液体中某一深度时，传感器迎液面受到的压力公式为：Ρ = ρ . + Po式中： P ：变送器迎液面所受压力 ρ：被测液体密度 g ：当地重力加速度 Po ：液面上大气压 H ：变送器投入液体的深度 同时，通过导气不锈钢将液体的压力引入到传感器的正压腔，再将液面上的大气压 Po 与传感器的负压腔相连，以抵消传感器背面的 Po ， 使传感器测得压力为：ρ . ，显然 , 通过测取压力 P ，可以得到液位深度。 功能特点：
嘉兴学院毕业设计（论文）外文翻译 原文题目： Capacitive Liquid Level Sensor 译文题目：电容式液位传感器 学院名称：机电工程学院专业班级：电气081班学生姓名：毛勇 电容式液位传感器 这篇申请包含了1990年1月18日提交的辑07/466，936号描述的电容式液位传 感器和1990年1月18日提交的辑07/466，938号描述的容性液界面传感器共同 专利申请材料。 1.本发明的背景 本发明涉及到的是电容式液位传感器。这种液位传感器发现被许多的仪器使 用，其中一个用于从要分析的样品或试剂的容器里的液体中退出的机器人探测 器，就用到了该传感器。 在这样的机器人系统，它有容器内液位水平的知识，这样用于退出液体的探 测器能够被控制，以尽量减少与容器的内容接触。这种方式可以减少样品和试剂 之间的交叉污染，使清洗探头这样的尖端工作变得更为简单。在这种机器人系统 的探测器引入液体容器，最好保持低于液体的表面。 为了实现这一目标，各种液位传感器已被开发。这些就是所谓的电容式液 位传感器。这些都是基于任何导体都有有限电容的事实。当探测器真的接触液体， 液体的高介电常数和更大的表面面积会增加探测器的电容。这些电容的变化可以 相当小，因此敏感的检测设备是必需的。 现有技术已知的设备，适用于检测像桥梁，RC或LC振荡器和频率计计数 器（包括外差），锁相环，过零间对米，一个RC或LC滤波器的幅度变化，通过 一个RC或LC电路的相移的变化这样微小变化的电容。 其中现有的液位传感器是美国金士顿公司第3391547专利，使液罐的电容液 位探测器公诸于世。他采用了电容式探测器，置于液体中，作为电桥电路的一条
电容式液位传感器系统 1设计原理 采用筒式电容传感器采集液位的高度。主要利用其两电极的覆盖面积随被测液体液位的变化而变化，从而引起对应电容量变化的关系进行液位测量。由于从传感器得出的电压一般在0~30mv之间，太小不易测量，所以要通过放大电路进行放大。从放大电路出来的是模拟量，因此送入ADC0809转换成数字量，ADC0809连接于单片机，把信号送入单片机。显示电路连接于单片机用于显示水位的高度。。2．系统框图 被测物理量：主要是指非电的物理量，在这里为水位。 传感器：将输入的物理量转换成相应的电信号输出，实现非电量到电量的变换。传感器的精度直接影响到整个系统的性能，所以是系统中一个重要的部件。 放大，整形，滤波：传感器的输出信号一般不适合直接去转换数字量，通常要进行放大，滤波等环节的预处理来完成。
A/D转换器：实现将模拟量转换成数字量，常用的是并行比较型、逐次逼近式、积分式等。在此用到逐次逼近式。 单片机：目前的数据采集系统功能和性能日趋完善，因此主控部分一般都采用单片机。 3 传感器原理 电容式液位传感器系统; 它利用被测体的导电率, 通过传感器测量电路将液位高度变化转换成相应的电压脉冲宽度变化, 再由单片机进行测量并转换成相应的液位高度进行显示,该系统对液位深度具有测量、显示与设定功能, 并具有结构简单、成本低廉、性能稳定等优点。 3.1 传感器的组成 图为传感器部分的结构原理图。它主要是由细长的不锈钢管(半径为R1 ) 、同轴绝缘导线(半径为R0 ) 以及其被测液体共同构成的金属圆柱形电容器构成。该传感器主要利用其两电极的覆盖面积随被测液体液位的变化而变化, 从而引起对应电容量变化的关系进行液位测量。 图3-1-2传感器原理图 3.2 测量原理
浮球式与光电式液位传感器各自有什么缺点？如何解决？ 浮球式与光电式液位传感器的主要功能都是用来检测液位，浮球式液位传感器起源早，价格便宜，应用广，光电式液位传感器精测精度高，性能稳定，应用环境广。那么这两者之前区别是什么？各自都存在有什么缺点？如何解决这些缺点问题呢？ 浮球式具体有哪些缺点？ 浮球易卡死不动作。浮球浮子式液位开关是靠液体的浮力推动带磁铁的浮子上下运动，从而使内部的干簧管开与关的，所以浮子有一定的吃水位，从而最低液位会有很大的限制。 （干簧管工作原理） 浮球液位传感器使用环境有所限制，比如检测的液体为粘稠性高的液体；带有杂质的液体；剧透腐蚀性的液体等。黏稠的液体以及杂质都会导致浮球卡死无法动
作，而带有腐蚀性的液体，某些浮球式液位传感器是无法使用的，比如塑料材质的浮球式液位传感器。浮球式液位传感器只能上置、下置安装，固定的安装方式限制了产品。很多的电器、设备的水箱，或者装液体的容器都是不规则形状的。 不规则水箱 浮球式液位传感器是靠浮子根据液位的变化产生的上下而检测液位的，运作简单，所以检测精度低，液位控制精度只能控制在±3mm，甚至更高。 浮球式液位传感器结构松散，不便于清洗。磁体会吸附水中的杂质，易造成水垢。光电式液位传感器有什么缺点呢？ 光电式液位传感器功能展示
光电式液位传感器不能使用在阳光直射下，光电式液位传感器是根据红外线光的反射原理来进行检测液位的。而阳光中包含有红外线，会干扰光电式液位传感器的检测。 光电式液位传感器如果在遇到水珠挂在探头上没有掉下去（比如水蒸气等），或者是液面经常波动的情况下会导致传感器误判。比如像容器是移动的，那么容器中的液面就会随着机器、设备的移动而产生波动。 如何解决浮球式水位传感器以上的缺点？ 浮球式液位传感器很多的缺点都是因为设计结构、工作原理的问题，比如最低液位有限制、清洗不易、易产生水垢等问题。这些是无法避免的，可以能做到的是可以根据浮球式的缺点排除一些不适合使用的环境，能避免一些情况的产生。在合适的环境下使用就不会出现浮球易卡死的现象 如何解决光电式液位传感器以上的缺点？ 1.阳光直射下使用光电式液位传感器 可以采用经探头朝下安装的方式避免，或者是采用遮光罩避免。（以下罩子仅供了解形状）
如何选择液位传感器 液位控制的核心在于液位传感器，它决定了液位控制系统的可靠性、稳定性及使用寿命。所以如何选择液位传感器是液位控制系统设计的关键。液位传感器无外乎电极式、UQK/GSK式、光电式、压力式、GKY式等几种。分析其基本原理就能够发现这些传感器的优缺点。有些固有的缺点，无论怎么做都无法避免。当然传感器的制造工艺和材质也会影响其性能，所以市场上有不同品质和价格的液位传感器。我们先从其实现原理分析，再从其制造工艺和材质来探讨。 一、电极式液位控制传感器 电极式是最早的液位控制方式，其控制原理很简单：因为水是导体，有水的时候两个电极间导电，交流接触器吸合。图1.1为电极式在水中控制原理示意图。但是电极在水中会分解而且会吸附很多杂质。如果不及时清理，电极就会失去作用，这是电极式液位传感器固有的缺陷。电极式液位传感器的制造非常简单，有人将导线外皮拨开，插到水里就可以做成电极式液位控制器。所以电极式液位控制器造价很低，价格便宜，但使用寿命很短。当然，如果采用不锈钢做电极，硬度较强，分解得就会慢一点。如果表面再处理光滑一些,电镀一下，吸附的杂质就会少一些，使用寿命就会长一点。但是无论怎么做，其品质都不可能超过干簧管。 二、UQK液位控制原理 干簧管将电极触点密封在玻璃管内，接近磁铁，触点就会吸合。所以人们在浮球里放一块磁铁和上、下两个干簧管，通过导线将浮球固定于水池中，如图2.1。这就是UQK的液位控制方式。当水池无水的时候，浮球下垂，磁铁在下限干簧管处，故下限干簧管吸合。当水池有水的时候如图2.2，浮球上翻，磁铁在上限干簧管处，故上限干簧管吸合。将干簧管触点串接交流接触器，就可以控制水泵启动，见图2.3。这种方式依靠水的浮力使浮球上下翻转，上限、下限间的距离依据导线的长度来决定。由于要考虑耐流问题，导线不能太细。同时导线使用一段时间后，变得僵化发硬，翻转很不灵活。于是浮子翻转有时高一点，有时低一点，上下限位置很不准确。于是出现了定位准确的GSK方式。
浮球式与电容式液位开关区别？ 随着时代经济、技术的发展，传感器成为了设备中代替人工重要零件。而液位开关也随之发展起来，其中浮球式和电容式两种液位开关也现在常用的传感器之一。液位开关的主要功能都是检测液位、控制液位，区别在于其他的工作原理、技术参数等，那么这两种液位开关有什么区别呢？ 区别一：外观 虽然液位开关至属于电子元器件类产品，但是外观也是和我们的使用息息相关，比如和安装有关等。浮球式液位开关的结构通常都是一个密封的管子上有一个浮球，浮球可上下移动。而电容式通常都是扁平式的结构，这样的结构更便于安装。 区别二：工作原理 浮球式液位开关的外观结构与其工作原理息息相关，浮球式液位开关密封的管内含有一个干簧管，而浮球内部是一个环形磁铁，还有固定环，浮球与磁簧开关在相关位置上。 当浮球随着液体的上下降而浮动时，浮球内的磁铁去吸引磁簧开关的接点，产生开与关的动作，随后给出信号。
电容液位开关通过测探介质的导电率或绝缘率决定是否有液体的存在，简单可以理解为根据电容值的大小来判断液体是否达到了固定水位。电容在液位开关及其所处的介质之间形成。当检测到有液体时，电容值变化极大。 区别三：清洁、卫生程度 浮球式液位开关是需要直接接触液体才能检测液位的变化，而浮球内部又具有一个带有磁性的磁体，易吸附水中的杂质产生水垢。在清洗方面也不方便，比如浮球式与管内中间的部分等。且浮球式液位开关不符合食品卫生认证标准。 电容式液位开关结构简单，且只要将电容式液位开关贴紧容器壁即可检测。因为其是在容器壁外检测，并不直接接触液体，所以清洗更加简单，卫生也有所保证。
区别四：安装方式 浮球式液位安装需要开孔，而电容式液位开关只需贴紧容器外壁即可。 区别五：精测精度 电容式液位开关精测精度为在±3mm以内，而浮球式液位开关通常在±3mm又可能会更高。 区别六：应用环境 浮球式液位开关因为其结构设计原因，浮球极易出现卡死的现象，所以不能用于检测黏稠的液体，以及含有杂质的液体也容易会导致浮球卡死。电容式液位开关因为可以隔着介质检测液体，所以无论容器内的液体是具有杂质，还是黏稠性高，具有腐蚀性等都不会影响。 区别七：价格 浮球式液位开关对比其他的液位开关，价格都相对比较便宜，而电容式液位开关价格对比光电式、超声波式的价格会比较便宜，但是价格相对浮球来说浮球式的液位开关一般会更便宜。但是综合稳定性和和其他方便等因素来说电容式的比较稳定。