水位传感器电路设计及液位参数测量算法

河南机电高等专科学校电子技术课程设计报告设计课题：水位控制器题目：水位控制器一、设计任务与要求(1)任务：设计一种可自动控制水面高度的水位控制器。

(2)水位控制器性能要求：工作温度范围：-40℃～+50℃。

连续工作时间：可24小时连续工作。

水位探头线长度小于1.5米（过长的话容易引入无线电干扰信号，而使系统无法正常工作）。

具有自动启动水泵抽水的功能。

二、方案设计与论证2.1 簧管触发双稳态水位控制器簧管触发双稳态电路来控制水泵，干簧管A用于低水位检测，千簧管B用于高水位检测。

刚接通电源时，只要水位不在最高位置，电路即会处于V2饱和导通、V3截止的状态，继电器K吸合，其常开触头接通水泵电动机的工作电源，水泵开始抽水。

当水箱内水位上升至最高水位时，水上的浮体 (内有磁铁)靠近干簧管B，在磁场的作用下，干簧管A内部的常开触头接通，使V4导通，V3和V2截止，K释放，水泵停止抽水。

当水位降至低水位时，干簧管A的常开触头在浮体内磁铁的磁场作用下接通，使Vl导通，V2饱和导通，V3截止，K吸合，水泵又开始抽水。

如此周而复始，使水箱内水位始终在高水位与低水位之间升降变化。

2.2三相水位控制器三相水位控制器原理如图2接通刀开关Q，按动S2后，KM通电吸合，其常开触头吸合水泵电动机通电工作。

与此同时，相线L2与零线N之间的220V交流电压经Cl降压、VDl和VD2整流、VS稳压及C2滤波后，产生9V直流电压。

该电压一路直接加至IC的l脚 (输入端);另一路经R2和电极a、b之间水的电阻加至IC1的5脚 (控制端)，使IC内部的电子开关接通，其2脚的输出电压经R4将VLC内部的发光二极管点亮，VLC内部的光敏晶体管导通，其发射极输出的高电平通过V加至VT的门极，使VT受触发而导通，中间继电器KA通电吸合，其常开触点接通，使KM在S2松开复位后仍锁定为吸合状态。

水被抽干后，电极a,b之间的阻值增大，使IC的5脚变为低电平，其内部的电子开关断开，VLC 和VT截止，KA和KM断电释放，水泵电动机M停止工作。

水位控制电路设计一、设计要求1、控制器能准确测量出水箱内的水位；2、当池中水位低于设定点时水泵自动抽水；3、当水位到达设定点时水泵自动停止。

二、设计目的实现当池中水位低于设定点时水泵自动抽水，当水位到达设定点时水泵自动停止。

三、技术指标设五个水位分别为：最低水位、水箱1/3处，水箱1/2处、水箱3/4处、最高水位。

五个发光二极管分别对应以上不同的水位。

在水箱中插入一根绝缘棒，在绝缘棒对应位置上按上五个电极，拉出五根导线连在发光二极管上，并提供电源。

若水位满过探头电极，利用不纯净水导电这一性质，电路导通，对应的发光二极管亮。

利用水位是否满过电极控制水泵工作，实现自动供水功能。

设水箱1/2处为水位下限点A，设水箱最高水位为上限B，当水位高于B点时，利用设计电路使水泵不导通，当水位低于B点时，水泵通过设计电路导通工作。

导通关断工作可利用继电器、三极管等元件进行。

四、设计方案方案一、本电路用一块555时基电路和少量外围元件，依靠电平变化来触发翻转使J吸合或释放控制电机工作。

当水位低于B点时，Ic(555)②、⑥脚电压小于1／3Vcc③脚为高电平，J吸合抽水机工作。

当水位升至a点时，②、⑥脚为高电平，③脚为低电平，J释放抽水停止，在此由R1使水位保持在A、B两点之间。

重要部位就是A、B两接点。

为了防止氧化，我用炭棒作接点材料。

要使这两点悬空离池边3～10cm，c点用螺栓固定在水泵或水管任一部位。

方案二、在水箱绝缘棒最低水位处设一个C点，C点连接电源。

当水位低于A 点或者在A、B之间的时候，利用与非门、三极管和继电器接通水泵，当水位处于B点时，A、B进入与非门，与非门输出为高电平，通过继电器导通水泵。

方案二容易成功，我们选择了方案二五、单元设计电路与参数计算一、电路与参数计算图1是控制器电路图，在水箱中有两只检测探头"A"和"B"，其中"A"是下限水位探头，"B"是上限水位探头，12V直流电源接到探头"C"，它是水箱中储存水的最低水位。

第2章方案论证2.1设计原理本设计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。

通过单片机控制水泵的运转。

显示电路连接于单片机用于显示水位的高度。

该显示接口用一片MC14499和单片机连接以驱动数码管。

2.2．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。

显示设备：在此用到8段数码管。

控制设备：控制电动机的运行或关闭。

第三章单元电路设计3.1传感器设计3.1.1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。

3.1.2传感器的组成图3-1-2 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3.1.3 测量原理由图1 可知, 当可测量液位H = 0 时, 不锈钢管与同轴绝缘导线构成的金属圆柱形电容器之间存在电容C0 , 根据文献得到电容量为:（1）式中, C0 为电容量, 单位为F ; ε0 为容器内气体的等效介电常数,单位为F/ m; L 为液位最大高度; R1 为不锈钢管半径;R0 为绝缘导线半径, 单位为m。

三线水位传感器原理图三线水位传感器是一种常用于水位监测和控制的传感器，它通过测量液体的电导率来确定液位高低。

在这篇文档中，我们将介绍三线水位传感器的原理图，帮助大家更好地理解其工作原理和构造。

首先，让我们来看一下三线水位传感器的原理图。

在原理图中，我们可以看到传感器主体部分由三根电极组成，它们分别是高电极、中电极和低电极。

这三根电极分别用于测量液体的高、中、低三个不同水位位置。

此外，原理图中还包括了电源供电部分和信号输出部分。

电源供电部分通常由直流电源供应，而信号输出部分则通过传感器内部的电路将测量到的水位信息转换成电信号输出。

在实际工作中，当传感器的三根电极接触液体时，液体中的离子会与电极发生反应，形成一个电导通道。

当液位升高时，电导通道的导通电阻会减小，从而改变了电路中的电压和电流。

传感器内部的电路会根据这些变化来判断液位高低，并将结果转换成相应的电信号输出。

除了原理图中所示的基本构造，三线水位传感器还可以根据实际需求添加一些辅助功能，比如温度补偿、防腐蚀处理等。

这些功能的添加可以使传感器在不同环境和液体中都能够稳定可靠地工作。

总的来说，三线水位传感器的原理图主要包括传感器主体部分和电源供电部分、信号输出部分。

通过测量液体的电导率来确定液位高低，是一种简单而有效的水位监测方法。

在实际应用中，我们可以根据具体需求对传感器进行定制，以满足不同场景下的水位监测和控制要求。

希望通过本文的介绍，大家对三线水位传感器的原理图有了更清晰的认识，对其工作原理和构造有了更深入的理解。

同时也希望能够帮助大家在实际应用中更好地选择和使用三线水位传感器，为液位监测和控制提供更可靠的技术支持。

如何设计一个简单的液位传感器电路液位传感器是一种常见的电子设备，可用于检测液体的高度或液位变化。

它在许多领域广泛应用，如工业自动化、环境监测和家用设备等。

设计一个简单的液位传感器电路可以有助于理解其原理和功能。

本文将介绍如何设计一个简单的液位传感器电路，以实现准确的液位检测。

1.电路概述液位传感器电路主要由以下几部分组成：电源、传感器、信号处理电路和输出电路。

电源提供所需的电能，传感器负责检测液体的高度变化，信号处理电路将传感器的信号转换为可用的电压或电流信号，输出电路将处理后的信号输出到显示设备或其他控制设备中。

2.选择传感器液位传感器的选择是实现准确液位检测的关键。

根据不同的应用需求，可以选择不同类型的传感器，如浮球传感器、电容传感器、超声波传感器等。

在设计简单的液位传感器电路时，我们可以选择浮球传感器作为示例。

3.连接电源在连接电源时，我们可以使用常见的电池或直流电源供应器。

根据传感器和信号处理电路的要求，选择适当的电压和电流。

确保电源的稳定性和安全性，以免对电路和设备带来损坏风险。

4.连接传感器将传感器正确连接到电路中是实现准确液位检测的关键。

浮球传感器通常有两个导线，一个接地，另一个连接到信号处理电路。

确保传感器的导线与电路的连接正确无误。

5.信号处理电路信号处理电路的设计目的是将传感器检测到的液位变化转换为可用的电压或电流信号。

可以使用模拟电路或数字电路来处理传感器的信号。

例如，使用运算放大器将传感器信号放大并滤波，以获得稳定和可靠的输出信号。

6.输出电路输出电路将处理后的信号输出到显示设备或其他控制设备中。

根据需要，可以使用数字显示器、模拟表或其他设备来显示液位信息。

确保输出电路与显示设备或控制设备的连接正确无误，并进行必要的校准。

7.测试和调试在完成液位传感器电路的连接后，进行测试和调试是非常重要的。

通过模拟液位变化或实际液体测试，验证电路的性能和准确度。

根据测试结果进行必要的调整和优化，以确保液位传感器电路的稳定和可靠性。

电容式液位仪设计摘要：该液位计利用不同介质具有不同的介电常数的特性，使液面高度变化改变电容大小，建立线性方程，使得能通过检测电容大小检验出液面高度。

本液位计一共分六个局部，由RC文氏震荡电路，衰减电路，微分电路，滤波电路，整流电路和单片机检测显示局部组成。

其中电容板与运放组成微分电路，电容的大小与电路的输出大小呈线性。

单片机通过检测整流后的输出，得出页面高度。

此题的重点是设计合理的滤波电路，难点是如何提高精度。

2.方案论证本设计主要任务是测量平行探针的电容。

并探索电容的容量与液体高度的关系。

电容式传感器检测电路主要有交流半桥式检测电路、充放电检测电路、基于V/T变换的电容测量电路，交流锁相放大电容测量电路，分别论证如下。

方案1：交流半桥式检测电路AC电桥电容测量电路如图2所示，其原理是将被测电容在一个桥臂，可调的参考阻抗放在相邻的一个桥臂，二桥臂分别接到频率一样/幅值一样的信号源上，调节参考阻抗使桥路平衡，那么被测桥臂中的阻抗与参与阻抗共轭相等。

图2 交流半桥式检测电路这种电路的主要优点是：精度高，适合作精细电容测量，可以做到高信噪比。

方案2：充放电检测电路充/放电电容测量电路根本原理如图3所示。

由CMOS开关S1，将未知电容Cx充电至Ve，再由第二个CMOS开关S2放电至电荷检测器。

在一个信号充/放电周期从Cx传输到检波器的电荷量Q=Ve·Cx，在时钟脉冲控制下，充/放电过程以频率f=1/T重复进展，因而平均电流Im=Ve·Cx·f，该电流被转换成电压并被平滑，最后给出一个直流输出电压Vo=R f·Im=Rf·Ve·Cx·f(Rf为检波器的反应电阻) 。

图3 充放电检测电路方案3 基于V/T变换的电容测量电路V/T变换的电容测量电路根本原理如下列图所示。

图4 电容检测电路电流源Io为4DH型精细恒流管，它与电容C通过电子开关K串联构成闭合回路，电容C的两端连接到电压比拟器P的输入端，测量过程如下：当K1闭合时，基准电压给电容充电至Uc=Us，然后K1断开，K2闭合，电容在电流源的作用下放电，单片机的部计数器同时开场工作。

水位计方案1. 概述水位计是一种用于测量液体水位高低的设备，广泛应用于水利工程、环境监测、生产制造等领域。

本文将介绍一种基于压力传感器的水位计方案，包括原理、设计要点以及应用场景等内容。

2. 原理水位计的测量原理一般采用压力传感器测量液体所施加的压力，通过转换成相应的电信号来表示液位高度。

具体原理如下：1.液体静压力：液体在垂直方向上受到的压力与液体高度成正比。

因此，通过测量液体施加在压力传感器上的静压力，可以推算出液位高度。

2.压力传感器：压力传感器是一种能够将压力信号转换为电信号的设备。

常见的压力传感器类型包括压阻式、电容式、电感式等。

在水位计中，一般采用压阻式传感器。

3.信号处理：压阻式传感器输出的电阻值与液体的静压力成正比。

通过将电阻值转换为相应的电压或电流信号，并进行放大和滤波等处理，可以得到精确的液位高度测量结果。

3. 设计要点设计一种可靠的水位计方案需要考虑以下要点：3.1 压力传感器选择选择合适的压力传感器是确保水位计精度和可靠性的关键。

在选择压力传感器时，需要考虑以下因素：•测量范围：根据实际应用需求选择合适的测量范围，保证传感器能够覆盖所有可能的液位变化范围。

•精度：传感器的精度决定了测量结果的准确性，要根据实际需求选择合适的精度等级。

•耐压性能：考虑液体压力范围、冲击压力等因素，选择具有足够耐压性能的传感器。

3.2 电路设计水位计的电路设计包括信号调理、放大、滤波和输出等环节。

关键考虑因素包括：•信号调理：将压力传感器输出的电阻值转换为相应的电压或电流信号。

•放大：对信号进行放大，提高测量精度和灵敏度。

•滤波：采用低通滤波器等方法，降低噪声干扰，提高信号质量。

•输出：将处理后的信号转换为标准信号输出，如电压、电流等。

3.3 系统校准在使用水位计之前，需要对系统进行校准，以确保测量结果的准确性。

校准方法一般包括对应不同液位高度的压力值进行测量，并记录对应的传感器输出值。

根据测量值和实际液位高度建立校准曲线，以便后续测量结果的精确推算。

一、实验背景随着科技的不断发展，水位监测技术在工业、农业、日常生活等领域中得到了广泛应用。

水位报警器作为一种重要的水位监测设备，能够实时监测水位变化，并在水位超过设定阈值时发出警报，从而保障生产安全、节约水资源。

本实验旨在通过搭建水位报警器实验平台，学习水位报警器的原理、设计方法及实际应用。

二、实验目的1. 理解水位报警器的工作原理和组成结构。

2. 掌握水位报警器的电路设计、元器件选择及调试方法。

3. 熟悉水位报警器的实际应用，提高动手能力。

三、实验原理水位报警器主要由水位传感器、信号处理电路、执行器、报警电路等组成。

当水位超过设定阈值时，水位传感器将水位信号转换为电信号，经信号处理电路处理后，驱动执行器（如蜂鸣器、电磁阀等）发出警报。

四、实验内容1. 搭建水位报警器实验平台（1）选择合适的元器件：水位传感器、微控制器、信号处理电路元器件、执行器、电源等。

（2）设计电路原理图：根据实验要求，设计水位报警器电路原理图，包括水位传感器、信号处理电路、执行器、报警电路等。

（3）绘制PCB板：根据电路原理图，绘制PCB板，并进行元器件焊接。

2. 调试水位报警器（1）连接电路：将水位传感器、微控制器、信号处理电路、执行器、报警电路等连接起来。

（2）编程：编写微控制器程序，实现水位检测、信号处理、执行器驱动、报警等功能。

（3）调试：通过调试，确保水位报警器能够正常工作，满足实验要求。

3. 水位报警器实际应用（1）模拟实验：将水位报警器应用于模拟实验，如水箱水位监测、水塔水位监测等。

（2）实际应用：将水位报警器应用于实际生产、生活场景，如农业灌溉、工厂自动化等。

五、实验结果与分析1. 实验结果通过搭建水位报警器实验平台，实现了水位监测、信号处理、执行器驱动、报警等功能。

实验过程中，水位报警器能够实时监测水位变化，并在水位超过设定阈值时发出警报。

2. 实验分析（1）水位传感器选择：本实验选用电容式水位传感器，具有响应速度快、抗干扰能力强等优点。

简单的水位控制电路设计
一个简单的水位控制电路可以使用一个水位传感器和一个继电器来实现。

步骤如下：
1. 将水位传感器安装在水箱或液体容器中，确保传感器的位置能够准确地检测到水位的变化。

2. 将传感器的信号线连接到一个比较器电路的输入端。

比较器电路可以使用运算放大器来实现。

输入端的另一端连接一个可调阈值电位器。

根据实际需求，通过调节阈值电位器的阈值来设置水位的上下限。

3. 比较器的输出连接到一个继电器电路。

继电器是一个电磁开关，可以用来控制其他电气设备的开关。

4. 将继电器的输出端连接到需要控制的设备，例如水泵或阀门。

当水位超过或低于设定的阈值时，比较器的输出会触发继电器，从而打开或关闭设备。

需要注意的是，这只是一个简单的水位控制电路设计，可能需要根据实际需求进行调整和改进。

水位传感器自动测试系统的设计1 水位传感器的工作原理：水位传感器原理图如图1所示，主要利用电容传感器原理，其电容极板间的距离变化引起电容值的变化而达到水位测试的目的。

极板下边所连空心小球所受浮力的大小与极板的所受重力应满足应满足的条件如公式①，极板间的距离x代表着水位的高低，x与电容值应满足的公式如式②。

图1测试简易图m g≤ρgv ①C=ε A/x ②2测试方案：测试方案流程图如图3所示：由此流程图可以知道是利用电容传感器变化的电容值和高频震荡器电容并联，改变了频率，再由鉴频把它转化成电压信号，在进行放大输出，输出后的电压波形图如图3：图⑴，调频震荡：调频调制原理设载波y（t）=Acos（ω0t），这里角频率ω0为常量。

如果振幅A为常数。

让载波瞬时角频率ω（t）随调制信号x（t）做线性变化，则有：ω（t）=ω0+kx（t）=dθ（t）/dt式中的k为比例因子。

于是调频信号的总相角可以表示为：Θ（t）=∫ω（t）dt=ω0t+k∫x（t）dt+θ0频率调制一般用振荡电路来实现，如图4所示LC振荡电路，变容二极管调制器（电容传感器），组成的电路。

LC振荡电路该电路常用于电容，涡流，电感等传感器作测量电路。

将电容或电感作为调谐参数，则电路的震荡频率为：f0=1/2π√LC0 ③若电容C0的变化量为▲C，则上式变为：f=1/2π√LC0(1+▲C/C0)=f0/√1+▲C/C0 ④将上式按泰勒级数展开并忽略高阶项，得f≈f0(1-▲C/2C0)=f0-▲f ⑤式中：▲f=f0▲C/2C0 ⑥将式①代入式⑥可以得到：▲f= f0εxA/2 C0 ⑦有以上分析可以知道LC振荡电路的振荡频率f与调谐参数呈线性变化关系，亦即振荡频率受控于被测物理量（这里指C0）。

这种被测物理量转化为振荡频率的过程称为直接调频测量。

图4⑵鉴频电路：对调频波的解调也称为鉴频，鉴频的原理是将调频信号频率的变化相应的复原为原来电压幅值的变化。