电容式液位传感器课程设计 mine

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1、目录摘要-2-引言-3-1设计方案-4-1.1设计原理-4-1.2系统框图-4-2传感器原理-6-2.1传感器简述-6-2.2电容式液位计-7-2.3传感器的组成-9-2.4测量原理-9-3电容测量电路设计-11-3.1测量电路-11-4电信号放大电路设计-17-4.1整流电路-17-4.2放大电路-17-5AD转换电路及与单片机接口-18-6误差分析-20-6.1误差来源-21-6.2影响液位测量的主要因素-21-7总结-21-参考文献-23-摘要在工业自动化生产过程中，为了实现安全快速有效优

2、质的生产，经常需要对液位进行精确测量，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。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。本设计采用电容式传感器的原理、电容电压转换电路、精确测量电压幅度的测量法,及利用DS1820测量温度和用单片机进行温度补偿的方法。设计并制作了圆柱形电容器，利用二极管T型网络电路将容量变化转换成电压的变化，并利用单片机进行测量，通过软件计算液位高度，减小了电容与电压转换的线性误差，具有温度

3、软件补偿功能。通过实验测试，该装置的测量精度优于1cm。引言液位检测在许多控制领域已较为普遍，各种类型的液位检测传感器较多，按原理分有浮子式、压力式、超声波式、吹气式等。各种方式都根据其需要设计完成，其结构、量程和精度适用于各自不同的场合，大多结构较为复杂，制造成本偏高；市面上也有现成的液位计，有投入式、浮球式、弹簧式等，多数成品价格惊人。以上液位计多数输出为模拟量电流或电压，有些为机械指针读数，不能用于远程监视；普遍适用于静止液面，在波动液面易引起读数的波动；也有用电容法测液位的系统，此法是一

4、种简单易行的方案。本文利用圆柱形电容器原理，结合单片机设计出一种智能液位检测装置。1设计方案1.1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。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

5、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

6、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。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，

7、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（a）是由两个同轴圆筒极板组成的电容器，在两圆筒之间充以介电常数为ε0的介质时，则两圆筒间的电容量表达式为式中L---两极板相互遮盖部分的长度；d，D---圆筒形内电极的外径和外电极的内径；ε0---两电极间介质的介电常数。所以，当D和d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。2.

8、3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。2.4测量原理由图（a）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）（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