传感器与检测技术项目六 液位检测

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1、项目六液位检测学习目标1．了解测量液位的方法。2．掌握电容式传感器三种类型的工作原理及特性。3．能理解电容式传感器的几种测量电路。4．掌握超声波的概念和传播特性等。5．能理解超声波传感器的工作原理。6．能理解电容式传感器和超声波传感器测量液位的原理和其他应用电路。本章任务任务一汽车油箱的液位检测任务二高压密闭容器的液位检测电容式传感器是把被测非电量转换为电容量变化的一种传感器。它具有高阻抗，小功率；动态范围大，响应速度快；几乎没有零漂；结构简单、适应性强，可在恶劣的环境下使用等优点，但它具有分布电容影响严重的缺点。任务一汽车油箱的液位检测电容式传感器的工作原理平板式电容器的电容量

2、：A为两极板相互覆盖的有效面积；d为两极板间的距离；为极板间介质的介电常数。变间隙式（或变极距式）变面积式变介电常数式+++dA任务一汽车油箱的液位检测各种电容式传感器的结构示意图变极距(δ)型：(a)、(e)；变面积(S)型：(b)、(c)、(d)、(f)、(g)、（h）；变介电常数(ε)型：（i）～（l）任务一汽车油箱的液位检测一、变间隙式电容传感器dΔdd取值不能大，否则将降低灵敏度,实际应用常采用差动式结构任务一汽车油箱的液位检测差动式结构优点：1、减小非线性误差2、提高传感器灵敏度3、减小寄生电容的影响4、减小温度、湿度等环境因素的影响C2C1d1d2ε0ε0Δδ任务

3、一汽车油箱的液位检测指纹识别所需电容传感器包含一个大约有数万个金属导体的阵列，其外面是一层绝缘的表面，当用户的手指放在上面时，金属导体阵列/绝缘物/皮肤就构成了相应的小电容器阵列。它们的电容值随着脊（近的）和沟（远的）与金属导体之间的距离不同而变化。应用任务一汽车油箱的液位检测直线位移型电容传感器角位移型电容传感器二、变面积式电容传感器任务一汽车油箱的液位检测电容传感器的容量与投影面积的关系演示工作原理演示任务一汽车油箱的液位检测变介电常数式电容传感器三、变介电常数式电容传感器任务一汽车油箱的液位检测应用：测量头构成电容器的一个极板，另一个极板是物体本身，当物体移向接近开关时，物

4、体和接近开关的介电常数发生变化，使得和测量头相连的电路状态也随之发生变化.接近开关的检测物体，并不限于金属导体，也可以是绝缘的液体或粉状物体振荡电路感应电极被测物体任务一汽车油箱的液位检测电容式传感器的测量电路电桥电路运放电路双T电路调频（谐振）电路脉冲宽度调制电路任务一汽车油箱的液位检测电容式液位传感器的外形图电容式液位传感器的外形图，主要有棒式和缆式两种任务一汽车油箱的液位检测电容式液位传感器探头类型及应用探头类型典型应用金属裸棒探头非导电介质＋导电容器全绝缘棒式探头导电介质或非导电介质＋导电容器带同轴接地管金属裸棒探头介电常数«5的非导电非结晶液体介质；非导电非结晶液体介质

5、＋非导电容器；非导电非结晶液体介质＋容器虽导电但径向尺寸较小且形状不规则带同轴接地管全绝缘探头导电非结晶液体介质＋容器导电但径向尺寸较小且形状不规则金属裸缆探头非导电介质＋导电容器全绝缘缆式探头导电介质或非导电介质＋大型导电容器带参考电极金属裸棒双杆探头非导电易结晶液体介质＋非导电容器带参考电极全绝缘棒式双杆探头导电且易结晶液体介质＋非导电容器；导电且易结晶液体介质＋容器导电但径向尺寸较小且形状不规则整体聚四氟乙烯包覆探头导电或非导电强腐蚀性介质而且环境有腐蚀性挥发物，腐蚀性蒸汽环境任务一汽车油箱的液位检测实施棒状电极（金属管）外面包裹聚四氟乙烯套管，当被测液体的液面上升时，引起

6、棒状电极与导电液体之间的电容变化。任务一汽车油箱的液位检测注意：（a）屏蔽和接地（b）增加初始电容值，降低容抗。（c）导线间分布电容有静电感应，因此导线和导线要离得远，线要尽可能短，最好成直角排列，若采用平行排列时可采用同轴屏蔽线。（d）尽可能一点接地，避免多点接地。任务一汽车油箱的液位检测生产中电容式液位传感器任务一汽车油箱的液位检测超声波是一种机械波，它方向性好，穿透力强，遇到杂质或分界面会产生显著的反射。利用这些物理性质，可把一些非电量转换成声学参数，通过压电元件转换成电量。超声波传感器就是利用超声波的特性，将非电量转换为电量的测量元件。任务二高压密闭容器的液位检测超声波的

7、特性声波：是一种机械波，由于发声体的机械振动，引起周围弹性介质中质点的振动，并由近及远的传播。人耳能听到的声波频率：20HZ～20kHZ范围内。频率超过20KHZ称为超声波，低于20HZ称为次声波。检测中常用的超声波频率范围为几十kHZ到几十MHZ。。任务二高压密闭容器的液位检测超声波的传播特性：1、传播速度：超声波的传播速度与波长及频率成正比。λ为超声波的波长；f为超声波的频率任务二高压密闭容器的液位检测2、通过两种不同的介质时，超声波产生反射和折射现象。但当它由气体传播到液体