電容式液位傳感器及測(cè)量原理

最好的沉淀整理電容式液位傳感器及測(cè)量原理引言 1電容式液位傳感器的結(jié)構(gòu)與測(cè)量原理 1電容式液位傳感器的結(jié)構(gòu) 1電容式液位傳感器的工作原理 3電容式液位傳感器的特點(diǎn) 6引言電容式傳感器利用了非電量的變化轉(zhuǎn)化為電容量的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)物理量的并正逐步擴(kuò)大到壓力、差壓、液面（料位、成分含量等方面的測(cè)量。電容式傳感器具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，分辨力高；可實(shí)非接觸式測(cè)量；其介質(zhì)耗損小，可使用較高的工作頻率，可用于測(cè)量高速變化的參數(shù)；溫度穩(wěn)定性好。它本身發(fā)熱量極小；能在高溫、輻射和強(qiáng)振動(dòng)等惡劣條件下工作產(chǎn)生不穩(wěn)定現(xiàn)象。電容式液位傳感器的結(jié)構(gòu)與測(cè)量原理電容式液位傳感器的結(jié)構(gòu)（兩個(gè)極板邊緣處的電力線(xiàn)分布不均勻引起電容量的變化其電容量為：CCd （1）公式中 ——電容極板間介質(zhì)的介電常數(shù)；A——兩平行板所覆蓋的面積；d——兩平行板之間的距離。位置的。其結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)單輕巧，便于安裝、維護(hù)與使用。11（a）棒作為另一極電極，其間構(gòu)成的電容CX與液位成比例，也可懸掛帶重錘的軟導(dǎo)線(xiàn)作為電極。圖1 電容式液位傳感器的電極結(jié)構(gòu)圖1（b）適用于非金屬容器，或雖為金屬容器但非立式圓筒形，液體為絕量，對(duì)于粉粒測(cè)量容易產(chǎn)生滯留物在極間。1（c）1（a）一樣，但中央圓棒電CX度，液位升降相當(dāng)于電極面積改變。電容式液位傳感器的工作原理導(dǎo)電液體電容式傳感器主要利用傳感器兩電極的覆蓋面積隨被測(cè)液體液位傳感器。1（a）Dd，上部空氣的介ε1下部液體的介電常數(shù)為ε2,，H1，則根據(jù)同心圓筒狀電容的公式可寫(xiě)出空氣部分的電容數(shù)學(xué)模型為：1 CH H1 ln1 D （2）lnd 液體部分的電容為：C221

（3）ln2 Dlnd 如果忽略雜散電容及端部的邊界效應(yīng)后，則兩電極間的總電容為：CXC1C22

= 1 0 1 2 1D D D 1

2 1 1lnd lnd lnd C2C0 lnd

2 1 1 0

CH(4)CHC其中： 表示被測(cè)電容；CXC為初始電容，液體為零時(shí)測(cè)出的電容，這個(gè)電容可以在初始標(biāo)定時(shí)消C0除；1表示被測(cè)液位的高度;2 2 1lnDd

表示傳感器的靈敏度；22（b）為等效電路圖。圖2 帶有絕緣層的電極圖及相應(yīng)的等效DD為 空氣電介質(zhì)的介電常數(shù)為 。等效電路中的C1表示與液位無(wú)關(guān)的雜散電2 3容，C2表示空氣部分的電極絕緣層為電介質(zhì)的電容，其值為：2C2 1 0 1lnD1d

(5)C3表示在空氣介質(zhì)的電介質(zhì)的電容，其值為：C 2 3 0 1 (6)3 DDlnD1C4表示液體中電極絕緣層為電介質(zhì)的電容，其值為：4C214

1 (7)lnD1dC 表示被測(cè)液體為電介質(zhì)的電容，其值為：5C2

21 (8)D5 lnDD12 由圖 （）可知，C與C是串聯(lián)關(guān)系，C與C2 2 3 4 5,兩個(gè)串聯(lián)電路又與C,1 23CCCC C4C5 23X 1 C

2 2 D DC C C2 3 4 5

ln

ln 11 D 3 d22

lnD

1 1 2 3

D 1 1 D DlnDlnD 1ln ln 111 D

3 d

D 2 d1C KH0 1 1(9)C0為前兩項(xiàng)的常數(shù)和，可以看作不變的初始K1H1C5=0，則：22lnD2

1 D1CXC1

13D

0D

1D D D

（10）1lnD

3lnd1

ln 1 D

3lnd1lnD 1 1 10 CK0 由以上分析可得,測(cè)量?jī)煞N液體間的界位時(shí)，果均為不導(dǎo)電液體，采用裸露電極。若其中有一種為導(dǎo)電液體，就必須用包絕緣層的電極，式和電容式液位傳感器的特點(diǎn)本次設(shè)計(jì)中所用的電容式液位傳感器是采用測(cè)量電容變化的原理來(lái)測(cè)量液壁作為電容的另一極。兩電極間的介質(zhì)即為液體及其上面的氣體。由于液體的介電常數(shù)1

和液面上的介電常數(shù)

2

，則當(dāng)液位升高時(shí)，兩電2極間總的介電常數(shù)值隨之加大因而電容量增大。反之，當(dāng)液位下降，值減小，電容量也減小。所以，可通過(guò)兩電極間的電容量的變化來(lái)測(cè)量液位的高低。電容液位計(jì)的靈敏度主要取決于兩種介電常數(shù)的差值，而