电容式液位传感器

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1、电容式传感器湖南科技大学课程设计课程设计名称：《传感器/测控电路》课程设计学生姓名：肖卫学院：机电工程学院专业及班级：10级测控技术与仪器3班学号：10003030311指导教师：余以道、杨书仪2013年6月12日17/17电容式传感器目录题目及要求1设计方案…………………………………………-3-1.1设计原理…………………………………-3-1.2系统框图…………………………………-3-2传感器原理………………………………………-4-2.1传感器简述-5-2.2电容式液位计-6-2.3传感器的组成-7-2.4测量原理-7-3电容测量电路设计-8-

2、3.1测量电路-8-4电信号放大电路设计-12-4.1整流电路-13-4.2放大电路-13-5AD转换电路-15-6误差分析-16-6.1误差来源-16-6.2影响液位测量的主要因素-16-7总结-16-参考文献-17-17/17电容式传感器电容式液位传感器题目：电容式液位传感器要求：1.工作在常温、常压、静态、环境良好；2.精度：0.1%FS（本设计量程为50mm,精度为0.05mm）3.分辨率：参考HK-602系列电容式液位变送器精度：0.2级、0.5级；承压范围：-0.1MPa~32MPa；探极温度：-50~200゜C；环境温度：-20~8

3、5゜C；输出信号：4~20mA、0~10mA、0~20mA、1~5V、0~5V；供电电源：负载电阻0~750ΩDC24V；根据上面本课程设计取输出信号4~20mA.4.测量范围：根据HK-602范围为0.2~200m,本课程设计选取50mm。1设计方案1.1设计原理本设计采用极板电容传感器采集液位的高度。主要利用在极板电容器的极板之间，充以不同高度的介质时，电容量的大小也会有所不同。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A

4、DC0809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。该显示接口用一片MC14499和单片机连接以驱动数码管。1.2系统框图17/17电容式传感器传感器A/D转换放大、整形、滤波被测量物理量被测物理量：主要是指非电的物理量，在这里为液位。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

5、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。2传感器原理2.1传感器简述电容式液位传感器系统;它利用被测体的介电常数不同,使电容的大小也不相同，通过传感器将液位高度变化转换成相应的电容量变化，再通过测量电路转化成电压脉冲宽度变化,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。2.2电容式液位计1.测量原理在柱形电容器的极板之间，充以不同高度的介质时，电容量的大小也会有所不同。因此，可通过测量电容量的变化来检测液位。图（

6、a）是由两个极板组成的电容器，在两极板之间充以介电常数为ε0的介质时，则两极板间的电容量表达式为：17/17电容式传感器C=ε0bL/δ式中L---两极板相互遮盖部分的长度；ε0---两电极间介质的介电常数;b—两极板相互遮盖部分的宽度；δ—两极板之间的距离。（a）结构原理图所以，当δ和b一定时，电容量C的大小与极板的长度L和介质的介电常数的ε0乘机成比例。这样，将电容传感器（探头）插入被检测物料中，电极浸入物料中的深度随物位高低变化，必然引起电容量的变化，从而可检测出物位。其中设计b=10mm,L=50mm,δ=2mm.2.3传感器的组成17/

7、17电容式传感器图(b)为传感器的主视图。它主要是由两块细长的不锈钢板（b=10mm,L=50mm）以及其被测液体共同构成的金属板式电容器构成。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。（b）主视图2.4测量原理由图（a）可知,当可测量液位H=0时,不锈钢板之间构成的板式电容器之间存在电容C0,根据文献得到电容量为:C0=ε0bL/δ（1）（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;b为极板的宽度；δ为极板之间的距离，单位为m。当

8、可测量液位为hx时,两极板之间存在电容CH:Ch=ε0(L-hx)b/δ+εrhxb/δ（2）17/17电容式传感器（2）式中,ε0为容