资源描述：
《自制平板式电容传感器应用于水位测量实验》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、总第99期第1期高校实验室工作研究SeralNo.99,No.12009年3月GAOXIAOSHIYANSHIGONGZUOYANJIUMar.2009自制平板式电容传感器应用于水位测量实验努尔买买提阿布都拉,刘兵(新疆大学电气工程学院,新疆乌鲁木齐830008)摘要:本文介绍了电容法测量水箱水位的方法,用自制的平板式电容传感器进行水位测量实验,根据极板之间介质量的变化引起电容量随之发生变化,设计了相应的测量电路,得出传感器电容值、转换频率、输出电压等多种参量的变化规律和相关实验数据。关键词:水位检测;电容传感器;测量电路在工业生产过程
2、中,经常需要对物体的位置进行由式(1-1)可见,在S,d,三个参量中,只要保持检测与控制,其中电容传感器的应用占有十分重要的其中两个不变,其中的一个均可使电容Cx的变化。在地位,它有温度稳定性好,结构简单,适应性强,动态响实际测量中,将两个金属片放入需要测量水位的水箱应快,并能实现非接触式测量等特点。学生通过传感中,其中两个金属片作为电极且表面采用油漆绝缘,若器应用的综合性实验,不仅能学到电工电子技术和检水箱内介质的介电常数为1,介质上面的气体的介电测与转换技术方面的知识,还能进一步激发学生的创常数为2,电极总长度为L0,水的高度为L,当水位发新精神和实验研究
3、热情,接触工业控制前沿信息,培养生变化时,两个板间的总电容量为两个电容并联。由学生的实践综合与研究能力。式(1-1)可得:r1(L0-L)+r2L1电容传感器原理与结构C=C1+C2=0b0(1-2)d0当L=0时,传感器的初始电容量为:0b0L0C0=(1-3)d0当被测电介质进入极板间L深度后,引起电容相对变化量为:CC-C0(r2-1)L==(1-4)C0C0L0图1平板式电容传感器结构示意图由式(1-4)可见,电容变化量与电介质移动量L自行研制的平板电容器结构示意图如图1所示。呈线性关系。传感器由两个金属极板和介于其间的电介质所组
4、成,22测量电路设每极板面积S(m),两极板内表面之间相距为d(m),电容器介质的介电常数为(F/m)时,电容器的测量电路由变换振荡器电路、频压变换电路和放电容量是构成电容器的两个极片形状、大小、相互位置大电路等三个部分组成。实验线路图如图2所示。其及电介质介电常数的函数。其电容量Cx(F)为:中变换振荡器将实现电容量变换成频率的功能;频压SCx=(1-1)变换电路能将频率信号转换为直流电压信号;放大电d路将实现信号调零和放大功能。作者简介:努尔买买提阿布都拉(1970-),男,高级实验师,主要从事信号检测与转换实验教学工作。收稿日期:2008-10-
5、07第1期努尔买买提阿布都拉,等:自制平板式电容传感器应用于水位测量实验33图2液位检测电路原理图2.1变换振荡器电路2.3放大电路变换振荡器电路由555定时器芯片IC1,定时电阻放大器由集成运放芯片IC4和R5、R6、R7、R8、RWRA、RB,定时电容C等几个元件组成。定时电容C(C1等几个元件组成反相加法器电路。由于频压变换电路和CX)在充电、放电过程中,其电压在Vcc/3~2Vcc/3输出的电压信号较弱并跟水位变化成反比,因此实验之间,因此振荡器输出频率为:线路中采用反相求和电路,调整可调电阻RW的大小,11.443能实现当水
6、位最低时,检测电路输出为零。f==(2-1)T(Ra+2Rb)C3实验数据与分析CXC1其中C=CX+C1在水箱中放入自制的电容传感器,通过实验即可由式(2-1)可见,变换振荡器输出频率会随着电测得水位L和对应电容量CX,频率f,输出电压V01、V02容传感器电容量CX的变化而变化。的关系数据。表1所示为水位测量的一组实验数据。2.2频压变换电路对表1数据描点绘出图3所示的各种参量之间的变化频压变换电路由555定时器芯片IC2和R1、R2、趋势图。R3、R4、C3、C4、C5、C6等几个元件组成的单稳定时电表1水位测量实验数据路,暂态时间T=1.1R2C4,
7、当变换振荡器输出频率发生液位高度L(cm)2.04.06.08.010.012.014.016.018.020.0变化时,频压变换电路输出波形的占空比会发生变化,Cx(pF)398465533610672732786849910973其直流成分将随频率变高而增加并经过滤波电路R3、f(kHz)25.4321.3618.5416.2114.8913.4612.5911.8610.7810.12R4、C6后变成直流,再由电压跟随器IC3进行隔离V01(V)3.222.942.682.392.101.831.551.270.980.71输出。V
