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1、仪表技术与传感器....摘要:针对同心圆柱电容式液位传感器的不足之处,设计了一种新型的测量液位的电容栅编码传感器,介绍了该传感器的基本原理。并在此基础上设计了一套液位测量系统,详细介绍了电容检测以及编码电容栅分组原理。该液位测量系统能满足一定条件下液位的测量需求。关键词:电容;电容栅编码;传感器;液位测量中图分类号:TP126......文献标识码:A......文章编号:1002-1841(2010)08-0009-03LiquidLevelMeasurementSystemBasedonCapativeGratingEcodedTransducerZ
2、HONGWe,iGEZhao..yan,QINKang,WUXuan,LIUJiao(CollegeofElectricalandInformationEngineering,HunanUniversity,Changsha410082,China)Abstract:Aimatthedeficiencyofconcentriccolumncapacitiveliquidleveltransducer,anovelcapacitivegratingencodedtransducertomeasureliquidlevelwasdesigned,andits
3、fundamentalwasintroduced.Thenaliquidlevelmeasurementsystemwasdesignedbasedonthistransducer,andthefundamentalofcapacitancetestingandencodedcapacitivegrating..sgroupingwasintro..duceddetailedly.Thetestingsystemcanbeusedtomeasuretheliquidlevelundercertainconditions.Keywords:capacita
4、nce;capacitivegratingencoded;transducer;liquidlevelmeasurement0..引言电容式传感器是将被测非电量的变化转换成电容量的变化的一种传感器。电容式液位传感器的原理是液位变化时,引起介电常数变化,最终导致电容变化。当前应用较多的变介质电容液位传感器是同心圆柱式的,这种传感器结构简单、安装容易、精度较高[1..2]。但是它的缺点是重复精度低,需定期维修和对于不同液体需要重新标定[2]。针对同心圆柱电容式液位传感器的这些特点,提出了一种基于电容栅编码传感器测量液位的方法,并研制了一套完整的液位测量系统。
5、1..电容栅编码测量液位的基本原理电容栅编码传感器的基本结构如图1所示。等面积大小的圆形金属板按照等间距依次平行排列,按极板顺序从下往上依次编码为0、1n、n+1、n+2,其中0和偶数极板为负极板,奇数的极板为正极板,以相邻的两极板为一个小电容单元,实际应用中可根据测量要求设计电容栅的各参数。由于不同的介质有不同的介电常数,而同一介质里的电容值相近。因此,在同一介质里面电容的变化值接近于0,依次检测各个电容变化值,在液位的分界面会检测到一个较大的电容突变。由于在传感器安装过程中,每块电极极板与具体的液位相对应,通过判断电容值发生突变的位置就可以判断液位。
6、由绝缘介质分开的两个平行金属板组成的平板电容器,如果不考虑边缘效应,其电容量可按下式[3]计算:C=....rSD式中:..为真空介电常数;..r为介质相对介电常数;S为极板相图1..电容栅传感器的基本原理对覆盖面积;D为极板间距离。假设待测液体相对介电常数为..g,空气相对介电常数为..0,电容栅极板间距为d,极板面积为S,液面在两极板之间的高度为dg,同时假设液面位置在极板n和极板n+1之间,则理论上各个电容在空气中的初始值都为C0=....0Sd(1)则图1中各相邻极板之间的电容的变化值分别如下:(1)电极极板n和n-1之间的电容变化值为..Cg=
7、..(..g-..0)Sd(2)(2)电极极板n+1和n+2之间的电容变化值为0。(3)考虑到dg的可能值在0~d之间,故电极极板n和n+1之间的电容变化值..Cg0也在0到..Cg之间取得。由于一般液体的相对介电常数都在2以上[3](如:水为81,................10InstrumentTechniqueandSensorAug..2010..煤油为2,乙醇为25,柴油为2..1,汽油为2),而空气的相对介电常数约为1,因此由式(2)可知..Cg一般都会在1倍C0以上。但是液位所在电容的变化值..Cg0有时可能并不明显,这时就要去检测.
8、.Cg才能判断出跳变,这就会给测量带来一个不可避免的误差,这个误差要小于d.总之
