电容传感器的敏感探头

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1、’14仪表技术与传感器1996拄电电容传感器的敏感探头{～—n石油大学山东省东营市257062[T～!Li审重量黄文美，胜利石油管理局山东省东营市257062t!rr—rrrrrrr—r—r—re砖e砖—}，量—}，量—一【摘要】本文论述了电容传感嚣几种适用的敏感探头；圆筒内表面探头、圆柱外表面探头、平面探头、同轴圆柱探头的结构原理与电容量的计算方法，并指出叙词^电容传感器敏感探头电容量‘1郴球，a、——————一}————一SensitiveProbesforCapacitiveSensorsHaangZhenghu

2、aUniversityofPetroleum，Dongying257062，Shandong．GaoFaq[ngandHuangWenmeiAdministrationofShengliOilField·Dongying257062，ShandongAbstract：Thispaperdiscussesthestructures，principlesandcapacitycaI—culatingmethodsofseveraltypesofsensitiveprobessuitableforincapacitivese

3、nsors，includingprobesofinternalcylindricsurfaces，probesofexternalcylindr[csurfacestplanarprobes，andprobesofconcentriccylindricsurfaces．KeyWords：CapacitiveSensor，Sensit[veProbe，Capacitance．感器几种适用的敏感探头的设计及其电容量一、引言的计算方法。电容传感器的敏感探头对被测物系的介二、圆筒内表面敏感探头电常数敏感，将其转化为电容量变化，

4、捉}给传感转换电路变换为电信号输出圆筒内表面敏感探头是由紧贴在圆形非含水物系的介电常数随含水率变化。四金属管(如玻璃管、塑料管等)外两半圆筒内此，通过电容器敏感探头可：物系的含水率表面形成的电容器。使用时，敏感探头不和被变换为探头的电容量，使电容传感器输出一测物系相接触。当非金属管中被测物系的介个和含水率相应的电信号，由此测出物系的电常数变化时，探头电容量随之变化。由此可含水率。当然也适用于测量由不同介电常数以无需直接接触就能监测处在非金属管中的组成的物系的相含率，不过其敏感程度将随水位或相界面。对于相界面无明显变化的

5、混组相成分的介电常数差异的减小而降f。合流体(如油水池台液、水固混合流态等)就被测物系不同，探头结构打别，本文．卷结可冽出其相含率；对于固态岩心、或颗粒状物多年实践经验和研究成果，详细介绍电容传系便可测出其空隙度等。第5期仪表技术与传感器实际应用的圆筒内表面探头长度远大式(3)计算得C：=8．OOp{。调整或可得不于非金属管外径a(电容器内半径)，两极板同的c和c。值以取得合适的输出电信号来沿周向问的狭缝很窄．其截面如图1。围中b显示玻璃管中电介质状态的变化。是非金属管内半径，且有b>(n一6)非金属管壁厚度，2a是一

6、极板对圆心所张的圆心角(接近于180。)。所以电容器的边缘效应可忽略，电力线从一极板的小面元发出终止在另一极板相应的面元上，且都近于垂直相应的面元。因此，该面元形成电容器的微分电容量dC为：圈1固苘内表面簟毒探楫截面圈dCn[+2bcosO]dO三、圆柱外表面敏感探头EueeladO⋯圆筒内表面敏感探头虽可测量颗粒状、一2e~(a一6)+2be，cosO⋯粉沫状物系(砂子、面粉)的含水率，不过存在式中——真空介电常数着取样和将被冽物料填充到探头内的困难。Er——非金属管材料相对介电常数为此，我们采用平行双导线建立的电场

7、，研制——非金属管中被测物系的相对出圆柱外表面敏感探头，较好地解决了利用介电常数电容传感器测量颗粒状、粉沫状，如矿砂、粮当非金属管中被测物系相对介电常数食、土壤等含水率的问题。测量时，只要将圆满足：e，6>(口一6)时，积分式(1)得探柱外表面探头插入被测物系中，便可从仪器的显示部分读出与被测物系含水率相应的输头的电容量C-为：出电压值。使测量过程有操作简单方便等优c．一—垒一点。圆柱外表面探头是在圆柱绝缘棒(聚砜棒√6一(Ⅱ一6)或聚酰亚胺棒)的表面内平行轴线、沿圆周均匀嵌入4根直径远小于绝缘棒直径的导体，【√ts詈

8、J且位于同一直径上的两导体接同一电极。相当非金属管中被冽物系的相对介电常数邻的互为平行的一组导体构成平行双导线电e满足：e(n一)>时，积分式(1)得探容器。头的电容量为：如图2所示．导体棒的长度远大于两导c：．!√c三，(“一厶)一e：ts。。【√瞎号J伯，如对某一圆筒内表面探头n=6，5×lO—m。b一4．0×10_’m，f一