圆筒式电容传感器在沙子料位检测中的应用.pdf

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1、2011年第30卷第4期传感器与微系统(TransducerandMicmsystemTechnologies)147圆筒式电容传感器在沙子料位检测中的应用曲春英，卞之，颜丽娜(海南师范大学物理与电子工程学院自动化系，海南海口571158)摘要：为提高混凝土的质量，提出了利用圆筒型电容传感器测量沙子质量的设计方案，并设计了电容传感器的结构，采用了新型的微弱电容检测电路。经实验证明：该方法简便，可行，为沙子质量的检测提供了一种新的参考方法。关键词：混凝土质量；圆筒型电容传感器；检测中图分类号：IP212．9文献标识码：A文章编号：1000-9787(2011)04--0147-02

2、Application0fcylindricalcapacitivesensorinmeasuringsandlevelQUChun—ying，BIANZhi，YANLi—na(DepartmentofAutomatjon，SchoolofPh)sfts&ElecttonicEngineering，HainanNormalUniversity，Haikou571158，China)Abstract：Toimproveconcretequality，adesignrrojectfordetectingsandweightusingthe~yh．aricalcapacitivesen

3、sorisproposed．Theconfigurationcfthesensorisdesigned，andanewtypeofme~surementcircuitofsmallcapacitanceisadopted．Th~'smethodisconvenientandfeasibleprovedbyexperiment．Soanewromancemethodtomeasuresandweightisprovided．Keywords：concretequality；cylindricalcapacitivesensor；measuring0引言在建筑领域，混凝土是应用量最大

4、的材料之一，因此，提高混凝土的质量才能满足对基础工程建设质量的越来越高的要求。而沙子是混凝土各组成物料之一，不言而喻，沙④盘子的精确计量是保证混凝土质量的重要因素。为此，本文图1圆筒型电容传感器利用电容传感器结构简单、成本低、体积小、抗干扰能力强、Fig1Cylindricalcapacitivesensor动态响应快，并可以连续的在线测量等优点，设计一种检测圆筒电容外极板半径；R为电容内极板半径J。沙子料位的圆柱形电容传感器。若以沙子作为电容器的极问介质，沙子料位的高低将1电容法测量沙子料位的理论依据直接影响传感器的电容值，且料位的高低与电容量的变化根据电容的电极结构的不同，主

5、要有平板式、圆筒式等呈正比关系，则通过测量此电容器电容值的变化即可测定电极结构。圆筒型容器作为传感器与平板式容器作为传感沙子的料位。器相比，量程宽，线性好，测量值受边缘效应影响小，操作也2新型电容测量电路较方便。本文就是采用圆柱式传感器，其结构如图1所本文设计的传感器主要是用于建筑、工矿等噪声大、环境恶劣的行业，这就要求微小电容测量电路必须满足动态圆筒型电容式传感器的计算公式为范围大、测量灵敏度高、低噪声、抗干扰、抗杂散性等要求。’目前，用于解决测量微弱电容的方法主要有电荷转移法和交流法。这两种电路的基本测量原理是通过激励信号连续式中C为电容值；s为介质介电常数；L为圆筒高；R。

6、为对被测电容进行充放电，形成与被测电容成比例的电流或收稿日期：2010-07-一-14148传感器与微系统第3O卷电压信号，从而测量出被测电容值。但由于连续充放电测量信号中具有脉动噪声，需要先进行滤波除去其中的脉动童成分，但滤波器的引入却成为提高数据采集速度的一个瓶颈。另外，电荷转移法是利用电子开关网络控制电路的充放电，电子开关的电荷注入效应对测量结果的影响还难以0516290l2，103190221254284316358390426456500完全消除；交流法需要考虑相位补偿，电路相对复杂，成本电容／pF也较高j。图3检测电路C-V特性本文针对以上问题，采用了一种基于电荷放大

7、原理的Fig3C-Vcharacterofthedetectingcircuit根据测量结果看，沙子料位与输出电压有较好的一一电容测量电路(如图1)，一方面该电路对被测电容只进行一次充放电，即可完成对电容的测量，由于测量结果是直对应的线性关系，说明圆筒型电容传感器与检测电路适于流稳定信号，不存在脉动成分，故电路中无需滤波器，因沙子料位的检测。经过转换后，直流电压信号再通过放大此，大大提高了基于该电路的数据采集系统的数据采集速电路后，送入A／D转换器，由计算机系统处理输出显示料度。