电容式液位传感器课程设计 1
基于充放电原理的电容式液位传感器测量电路的设计
基于充放电原理的电容式液位传感器测量电路的设计电容式液位传感器是一种用于测量液体水平高度的传感器。
它基于充放电原理，通过测量电容器中电荷的变化量来确定液位高度。
在本文中，我们将介绍如何设计一种基于充放电原理的电容式液位传感器测量电路。
首先，我们需要了解电容器的基本原理。
电容器是由两个电极以及介质隔离层组成的设备。
当电容器两个电极上施加电压时，它们之间会形成电场。
电场越大，电容器电容就越高。
在液位传感器中，我们可以利用电容器的这种原理来测量液位高度。
具体来说，我们可以将电容器放在液体中，其中一个电极将是传感器底部，另一个电极将在液面上方。
因为液体的介电常数是已知的，我们可以使用液位高度来计算电容器的电容值。
测量电路分为两个部分：充电和放电。
在充电过程中，我们将电容器的一个电极接地，将另一个电极和一个恒定的电压源相连。
然后，我们使用一个计时器来计算电容器充电的时间。
充电时间取决于电容器的电容和施加的电压。
在放电过程中，我们断开电压源，并通过另一个计时器来计算电容器放电的时间。
电容器放电的时间取决于它的电容和接收器的输入阻抗。
通过测量充电和放电时间，我们可以计算电容器的电容值。
从而，我们就可以计算出液位的高度。
这是一个简单的电路，基本实现液位高度的测量，但在实际应用中，我们需要加以改进。
为了提高测量精度，我们需要使用更高分辨率的计时器以及更准确的电源。
我们也可以加入计算机或微控制器来读取和处理传感器的测量结果。
总之，基于充放电原理的电容式液位传感器是一种非常有用的测量设备。
只要我们合理设计传感器测量电路，利用计时器和恒定电源等工具，就可以实现准确测量液位高度，并在许多应用中得到应用。
完整版电容式传感器课程设计方案
完整版电容式传感器课程设计方案一、课程概述本课程设计旨在介绍电容式传感器的原理、特点以及应用，通过实践操作和实验演示，培养学生的实际应用能力和创新思维能力。
课程设计涵盖了传感器的基础知识、电容式传感器的原理和构造、电容测量电路以及电容式传感器的应用场景等内容。
二、课程目标1.掌握电容式传感器的基本原理和构造；2.熟悉电容测量电路的设计与实现；3.理解电容式传感器在不同领域的应用；4.能够进行电容式传感器的实验操作和数据分析。
三、教学内容和方法1.电容式传感器的基础知识（4学时）-电容的基本概念和计算方法；-电容式传感器的分类和特点；-电容式传感器的工作原理。
2.电容式传感器的原理和构造（6学时）-电容式传感器的工作原理和应用范围；-常见的电容式传感器类型及其特点；-电容式传感器的结构和工作原理。
3.电容测量电路的设计（8学时）-常见的电容测量电路的设计原理；-电阻-电容（RC）电路的设计和实现；-桥式电阻-电容（RC）电路的设计和实现；-电容式传感器的输出信号处理和放大。
4.电容式传感器的应用（6学时）-温度测量与控制；-液位检测与控制；-压力传感与控制；-人机交互与触控技术。
5.实验操作和应用案例（6学时）-实验操作：电容的测量和计算；-实验操作：电容式传感器的特性测量；-应用案例：温度测量与控制；-应用案例：液位检测与控制。
四、教学评价1.实验报告和作业：根据实验操作和应用案例，学生需提交实验报告和作业，考察其对电容式传感器的理解和应用能力。
2.课堂讨论和展示：鼓励学生在课堂上参与讨论，展示自己对电容式传感器的理解和实验操作的结果。
3.课程项目：以小组形式设计一个电容式传感器的应用项目，要求学生能够设计并实现一个基于电容式传感器的控制系统，考察学生的创新思维和工程实践能力。
五、教材参考1.《传感器技术与应用》（第3版），明山，高等教育出版社。
2.《电容式传感器技术与应用》（第2版），姚文奇，机械工业出版社。
电容式液位传感器的设计
电容式液位传感器的设计李一峰;吴振陆;樊海红【摘要】设计了一种基于单片机的电容式液位传感器，主要由单片机系统、555定时器、液晶显示屏组成。
单片机作为主要控制的部分，控制系统所有的部分，接收555定时器方波信号并读取出其频率，将频率转换成液位高度，显示到LCD1602液晶显示屏幕上，软件计算液位高度，减小了电容与频率转换的线性误差，最终实现算法的设计。
%Capacitance type liquid level sensor based on single chipwas designed. The system consists of single-chip microcomputer system, 555 timer, LCD screen. Single chip microcomputer, as the main control part, control all part of the system, receive a 555 timer square wave signal and read out the frequencywhich is transformedinto the height of liquid level and is displayed on the LCD1602 liquid crystal screen.The liquid level height is calculated by software, by reducing the linearity error of capacitance and frequency conversion,and finally the algorithm is designed.【期刊名称】《广东海洋大学学报》【年(卷),期】2015(000)001【总页数】5页(P90-94)【关键词】电容式液位传感器;555定时器;多谐振荡电路;频率转换【作者】李一峰;吴振陆;樊海红【作者单位】广东海洋大学信息学院，广东湛江524088;广东海洋大学信息学院，广东湛江 524088;广东海洋大学信息学院，广东湛江 524088【正文语种】中文【中图分类】TP212在石油化工、水利水电、农田灌溉、环境监测以及食品加工等众多行业，液位是一个重要的技术参数。
电容式液位传感器设计
电容式液位传感器设计
1.选择合适的电极材料：电极是电容式液位传感器的核心部件，其材
料的选择与电容值的变化密切相关。
一般情况下，电极材料应具有良好的
耐腐蚀性能，并且能够与被测液体产生较大的电容值变化。
常用的电极材
料包括不锈钢、铜、铝等。
2.设计合理的电容结构：电容结构的设计对电容式液位传感器的灵敏
度和线性度有着重要的影响。
一般情况下，可以采用平行板电容结构，即
在容器内侧壁上固定一个金属电极，并将另一个金属电极悬挂于容器内的
液面上方。
当液位变化时，悬挂电极与液面之间的距离发生变化，从而改
变了电容值。
3.选择合适的信号处理电路：电容式液位传感器输出的是电容值的变化，需要通过信号处理电路将其转换为可用的电压或电流信号。
常用的信
号处理电路包括阻抗变换电路、相关计算电路等。
信号处理电路的设计应
充分考虑灵敏度、线性度和稳定性等因素。
4.考虑环境因素：电容式液位传感器在使用过程中会受到温度、压力、湿度等环境因素的影响。
设计时需要考虑传感器的工作温度范围、防护等级、防爆性能等，以保证传感器在恶劣环境下的稳定性和可靠性。
5.校准和调试：电容式液位传感器在安装和使用前需要进行校准和调试，以确保测量的准确性和可靠性。
校准时可以使用标准液位和测定值进
行比较，根据比较结果进行调整。
总之，电容式液位传感器的设计需要综合考虑材料选择、电容结构设计、信号处理电路设计、环境因素等多个方面的因素。
通过合理设计和严
格调试，可以实现对液位的准确测量。
电容式位移传感器课程设计
摘要差动式电容传感器灵敏度高、非线性误差小，同时还能减小静电引力给测量带来的影响，并能有效的改善高温等环境影响造成的误差，因而在许多测量场合中被广泛应用。
把被测的机械量，如位移、压力等转换为电容量变化的传感器。
它的敏感部分就是具有可变参数的电容器。
本设计采用变压器电桥测试电路将电容变化转化为电压变化，电容式传感器的电容值十分微小，必须借助信号调理电路，将微小电容的变化转换成与其成正比的电压、电流或频率的变化，这样才可以显示、记录以及传输出。
因此，本设计中采用了运算放大器，差分脉冲调宽型电路以及低通滤波器等电路设计，并对这些单元电路进行了原理分析，通过参数的确定，实现位移向电压的转变。
在本次设计中还涉及了寄生电容的消除，以及测量过程中的误差分析，从而保证了测量的精度和准确度。
一、设计分析本文主要是设计差动变面积式电容位移传感器，以及测量电路的设计。
利用电容式传感器非接触测量的特性，测量微小位移的变化，由于位移的变化引起电容的变化，将电容的变化量转换成电压的变化，由电压的变化测出位移的变化量。
本设计主要目的是如何利用设计的差动变面积式位移传感器与转换原件，尽量消除外界干扰引起的误差，高精度测出位移的变化量。
二、设计思路电容式传感器的电容值十分微小，必须借助信号调理电路，将微小电容的变化转换成与其成正比的电压、电流或频率的变化，这样才可以显示、记录以及传输出。
其总体原理框图如图：三、设计电路3.1差动变面积电容传感器由物理学可知，两个平行金属极板组成的电容器，如果不考虑边缘效应，其电容为C=εS d式中：ε—两个极板间介质的介电常数；S—两个极板相对有效面积；d—两个极板间的距离。
由上式可知，改变电容C的方法有三种，其一为改变介质的介电常数ε；其二为改变形成电容的有效面积S；其三为改变两个极板间的距离d。
从而得到电参数的输出为电容值的增量∆C，这就组成了电容式传感器。
极距与电容成反比，不适用与测位移，介电常数与电容呈线性相关，但介电常数不能用于测位移，面积与电容成线性相关，利用改变位移来改变面积，从而改变电容。
电容压力传感器液位测量系统设计
基于电容压力传感器的液位测量系统设计姓名:张宜静班级：电气自动化二摘要：电容式压力传感器是以各种类型的电容器作为敏感元件，将被测压力的变化转换为电容量变化的一种传感器，具有结构简单、高分辨率、可非接触测量，并能在高温、辐射和强烈震动等恶劣条件下工作的独特优点。
随着集成电路技术和计算机技术的发展，促使它扬长避短，成为一种很有发展前途的传感器。
一种测量水位用的电容式传感装置。
电容式传感体将电信号输入线性电容检测电路，促使其方波发生电路与单稳态电路输出脉冲送入与门电路进行复合，从而使与门输出的脉宽变化线性地反映传感体浸入水中后增加的所测量可变电容的变化。
而线性修正电路则弥补检测电路输出所造成的非线性误差。
本实用新型线性好，性能指标优良，线路简便。
关键词：传感器、压力、电容、测量引言：传感器的研究始于二十世纪三十年代，它是研究非电量信息与电量间转换的一门跨学科边缘技术科学。
早期传感器是模拟式传感器，现在常称为传统传感器。
随着高性能计算机测控系统的发展，当系统对传感器提出数字化、智能化要求后，传统传感器不再与系统向适应。
控制系统要求传感器输出数字信号，并具备较强的信息处理和自我管理能力，以实现信息的采集与信息的预处理，减轻控制计算机的数据处理负担和提高整个测控系统的可靠性。
电容传感器的基本理想公式为：改变A 、d 、ε 三个参量中的任意一个量，均可使平板电容的电容量C 改变，固定三个参量中的两个，可以做成三种类型的电容传感器。
1 液位电容式传感器测量原理：导电液体电容式传感器主要利用传感器两电极的覆盖面积随被测液体液位的变化而变化，从而引起电容量变化的关系进行液位测量。
图1为传感器部分结构原理图：2 液位测量系统设计：该系统是由数据测量电路和单片机检测监控系统两个部分组成。
首先，被测电路由电容式传感器与二极管环形桥路组成，如图2所示0 r A A C d dεεε==图1当液体处在圆柱形电极与圆柱形容器之间，由于液面高度不同，引起介电常数变化，导致电容量的变化。
电容式液位计课程设计
电容式液位计 课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解电容式液位计的工作原理与构造，掌握其测量液位的物理基础。
2. 学会分析电容式液位计的电路图，并能解释各部分的功能和相互关系。
3. 掌握影响电容式液位计测量精度的因素，能够列举并解释至少三种主要影响因素。
技能目标：1. 能够运用所学的知识，正确操作电容式液位计进行液位的测量。
2. 通过实践，学会对电容式液位计进行简单的故障诊断和校准。
3. 能够设计简单的液位控制电路，并运用电容式液位计作为传感部件。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对物理传感器在工业控制中应用的兴趣，激发学生探索工程技术的热情。
2. 增强学生的团队合作意识，通过小组合作完成实验和项目设计。
3. 培养学生严谨的科学态度，认识到精确测量在工业生产中的重要性。
分析：本课程针对高中年级学生，他们已具备基础的物理知识和一定的电路原理理解能力。
课程性质为实践性与理论性相结合，要求学生在理解电容式液位计理论知识的基础上，通过实践活动加深理解，并将知识应用于解决实际问题。
课程目标旨在通过理论与实践的结合，提升学生的知识应用能力和实践操作技能，同时培养对物理学科的兴趣和正面价值观。
通过具体的学习成果分解，教师可依据目标进行教学设计和评估学生的学习效果。
二、教学内容1. 理论知识：- 电容式液位计的工作原理与物理基础。
- 电容式液位计的电路分析与各部分功能。
- 影响测量精度的因素，包括介质特性、传感器间距、温度等。
- 传感器在工业控制中的应用案例分析。
2. 实践操作：- 电容式液位计的组装与操作流程。
- 液位测量实验，包括不同介质下的测量对比。
- 简单故障的诊断与校准方法。
- 设计并实现一个简单的液位控制电路。
3. 教学大纲安排：- 章节一：电容式液位计的基础知识（1课时）- 章节二：电容式液位计的电路分析与功能（1课时）- 章节三：影响测量精度的因素及解决方案（1课时）- 章节四：实践操作与实验（2课时）- 章节五：液位控制电路设计与实现（2课时）4. 教材关联：- 教科书第三章：传感器及其应用。
液位传感器课程设计
目录摘要 (2)1绪论 (3)1.1引言 (3)1.2电容式液位测量技术的发展 (4)1.2.1电容式液位测量现状 (4)1.2.2电容式液位测量存在的问题 (5)1.2.3电容式液位传感器的发展趋势 (5)2本设计的电容式液位测量方法 (6)2.1测量原理及实现思路 (6)2.2液体的物理参数对液位测量的影响 (8)2.3极板设计 (9)2.4液位测量系统的基本构成 (11)3硬件设计 (12)3.1电源电路设计 (12)3.2电容测量电路设计 (13)3.3放大调零电路设计 (14)3.4 A/D转换电路设计 (16)4误差分析 (17)4.1电容测量误差对精度的影响 (17)4.2影响液位测量的主要因素 (18)5总结 (19)参考文献 (20)摘要在工业自动化生产过程中，为了实现安全快速有效优质的生产，经常需要对液位进行精确测量，继而进行自动调节、智能控制使生产结果更趋完善。
通常进行液位测量的方法有二十多种，分为直接法和间接法。
直接液位测量法是以直观的方法检测液位的变化情况，如玻璃管或玻璃板法。
然而随着工业自动化规模的不断扩大，因其方法原始、就地指示、精度低等逐渐被间接测量方法取代。
目前国内外工业生产中普遍采用间接的液位测量方法，如浮子式、液压式、电容法、超声波法、磁致伸缩式、光纤等。
其中电容式液位测量价格低廉、结构简单，是间接测量方法中最常用的方法之一。
本设计采用一种与介质无关的电容式液位测量方法，解决了传统电容测量与被测介质有关的技术难题。
它可以应用于动态液位测量，尤其是在被测液体本身介质常数和液位，随时间和环境等因素容易发生变化的场合，如车用燃油油位的计量，从而向当今高精度、数字化、集成化、智能化的科学技术全面发展更迈进了一步，对满足石油化工等液位检测领域的迫切需求具有重大的理论和应用价值，前景十分广阔。
消除电容式液位测量方法中介质介电常数的因素是关键，设计符合测量方法的电容极板，通过电容电压转换电路处理为直流电压信号，由数据采集卡采集后送入单片机或计算机，最终实现算法的设计。
电容式液位传感器
• 插入式安装：将电极插入液体中
• 安装绝缘介质
• 非插入式安装：将电极安装在容器壁外
• 连接引出线和测量电路
• 潜水式安装：将传感器安装在潜水设备上
• 安装壳体和保护装置
电容式液位传感器的调试方法与技巧
调试方法
• 检查电极和绝缘介质是否完好
• 调整检测电路参数，提高测量精度
• 进行液位标定，确定液位与电容值的关系
• 检查引出线和测量电路，保证电路畅通
• 定期进行性能检查，保证使用寿命
06
电容式液位传感器的发展趋势与市场前景
电容式液位传感器的技术发展趋势
提高测量精度和稳定性
• 采用先进的检测方法和电路设计
• 提高电极和绝缘介质的性能
扩展应用领域
• 开发适用于不同液体和环境的传感器
• 集成化和智能化发展，提高系统集成度
• 系统集成和自动化设备控制
03
电容式液位传感器的优点与缺点
电容式液位传感器的优点分析
安装维护简便
• 安装方式灵活，易于维护
• 成本低，使用寿命长
高精度
• 可以实现高精度液位检测和控制
• 适用于各种液体的液位测量
抗干扰能力强
• 对环境干扰和液体杂质不敏感
• 适应各种复杂环境
电容式液位传感器的缺点分析
02
绝缘介质设计
• 选择合适的绝缘材料
• 考虑绝缘介质的耐压性能
03
检测电路设计
• 选择合适的检测方法
• 考虑电路的抗干扰能力
电容式液位传感器的选型原则
根据液位测量精度要求选择
• 高精度测量场合选择频率调制法或桥式电路法
• 低精度测量场合选择恒定电流法
电容式液位计
课程设计有关写作细则1. 书写格式课程设计文本要按有关规定的格式用A4纸打印，正文中的任何部分不得写到文稿纸边框以外，文稿纸不得随意接长或截短。
汉字必须使用国家公布的规范字。
页面设置：上2.5，下2.5，左2.5，右2；页眉1.5，页脚1.75。
采用固定行距为20 磅/1.2倍行距。
西文、数字等符号均采用Times New Roman体字。
目录："目录"用小2号黑体字、居中；目录内容最少列出第一级标题和第二级标题；前者用4号黑体字，后者用4号宋体字，第三级标题用4号楷体字，居左顶格、单独占行，每一级标题后应标明起始页码。
正文：用小4号宋体字；参考文献正文用5号宋体字；图表字号采用5号宋体字。
2. 标点符号课程设计中的标点符号应按新闻出版署公布的"标点符号用法"使用。
特别注意中文下的格式，如逗号，而不是,3. 公式公式应居中书写，公式的编号用圆括号括起放在公式右边行末，公式和编号之间不加虚线。
4. 表格每个表格应有自己的表序和表题，表序和表题应写在表格上放正中，表序后空一格书写表题。
表格允许下页接写，表题可省略，表头应重复写，并在右上方写"续表××"。
表题用5号黑体字，表格内容用5号字体。
表格位于正文中引用该表格字段的后面。
5. 插图毕业设计的插图必须精心制作，不得徒手画，照片图应清晰，线条要匀称，图面要整洁美观。
每幅插图应有图序和图题，图序和图题应放在图位下方居中处。
图题用5号黑体字，图内用5号字体。
插图位于正文中引用该插图字段的后面。
6. 参考文献参考文献是毕业设计中引用文献出处的目录表。
参考文献一律放在文后，书写格式要按国家标准GB7714－87规定。
a. 专著、论文集、学位论文、报告[序号] 著者. 文献题名[文献类型标识]. 出版地：出版者，出版年. 起止页码(任选).[1] 刘国钧，陈绍业，王凤翥. 图书馆目录［M］. 北京：高等教育出版社，1957. 15-18.[2] 辛希孟. 信息技术与信息服务国际研讨会论文集：A集［C］. 北京：中国社会科学出版社，1994.[3] 张筑生. 微分半动力系统的不变集［D］. 北京：北京大学数学系数学研究所，1983.[4] 冯西桥. 核反应堆压力管道与压力容器的LBB分析［R］. 北京：清华大学核能技术设计研究院，1997.b. 期刊文章[序号] 著者. 文献题名［J］. 刊名，年，卷(期)：起止页码.[5] 何龄修. 读顾城《南明史》［J］. 中国史研究，1998，(3)：167-173.[6] 金显贺，王昌长，王忠东，等. 一种用于在线检测局部放电的数字滤波技术［J］.清华大学学报(自然科学版)，1993，33(4)：62-67.c. 电子文献[序号] 著者. 电子文献题名［文献类型标识/载体类型标识］. 电子文献的出处或可获得地址，发表或更新日期/引用日期(任选).[7] 郭路. XML数据传输的安全加密［EB/OL］. /developerWorks/cn/xml/xmlb2b/index5.shtml, 2001-06/2001-10-04.注1：参考文献类型对于其他未说明的文献类型，建议采用单字母“Z”。
传感器及检测技术教学设计7液位检测
项目六液位检测教学目的：1、能掌握电容式传感器三种类型的工作原理及特性。
2、能理解电容式传感器的几种测量电路。
3、能掌握超声波的概念和传播特性等。
4、能理解超声波传感器的工作原理。
5、能理解电容式传感器和超声波传感器的应用电路。
课型：新授课课时：3个任务，安排6个课时。
教学重点：电容式液位传感器的外形，各种电容式传感器的结构，变间隙式电容传感器，变面积式电容传感器，变介电常数式电容传感器，交流电桥电路，运算放大器式测量电路，超声波测流量。
教学难点：汽车油箱的液位检测，电容式传感器的工作原理，电容式传感器的测量电路，双T电路，脉冲调制电路，合理选择电容式液位传感器，试设计一个超声波探伤装置，并简要说明它的工作过程。
教学过程：1.教学形式：讲授课，教学组织采用课堂整体讲授和分组演示。
2.教学媒体：采用启发式教学、案例教学等教学方法。
教学手段采用多媒体课件、视频等媒体技术。
作业处理：完成项目后的思考题。
板书设计：基本知识汇总任务一汽车油箱的液位检测各种汽车、飞机的仪表盘上都有油箱油量的指示表，它是驾驶员要掌握的重要参数之一。
检测油箱液位的高低就要用到液位传感器，通常采用电容式液位传感器来测量油箱液位。
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。
一、电容式液位传感器的外形二、各种电容式传感器的结构三、电容式传感器的工作原理平板式电容器是由两个金属极板、中间夹一层电介质构成的。
若在两极板间加上电压，电极上就储存有电荷，所以电容器是一种储存电场能量的元件。
（一）变间隙式电容传感器（二）变面积式电容传感器（三）变介电常数式电容传感器四、电容式传感器的测量电路电容式传感器的测量电路是把电容值的变化转换成输出电压的变化，主要有五种类型：交流电桥电路、运放电路、双T电路、调频（谐振）电路和脉冲宽度调制电路。
电容式液位传感器说明书(1)
电容式油位传感器特别声明：对于使用24v车载电源的客户，请在电源链接处连接自恢复保险。
如果电源正负极取自电瓶，请在电瓶正负极出口处同时加装自恢复保险。
检测及安装时，请注意引出线的线序。
传感器属于精密检测设备，用户不可私自拆解传感器。
对于客户私自拆解的我公司将不再负责售后。
针对快递市场的现状，为更好保护采购与销售的双方利益。
我们建议购买传感器的请客户对所采购需快递的传感器保价。
如客户不选择保价出现产品在运输途中丢失损坏，本公司概不负责。
请客户在接收到快递时，首先打开包装确认货品数量以及有无外观上的损坏后再签收。
请客户在接收到产品后2-5天内做好产品性能测试工作，过期本公司将只对产品进行维修处理。
前言：电容式液位传感器基于精密电子测量方案的拓展应用，采用多通道比例式采集系统。
传感器可自动识别被测介质的各种参数，系统可对各种动态变化的采集数据分析处理，是真正意义上的高智能传感器。
传感器可以安装于任何需要测量液位的非粘性容器上，实现高精度智能化测量。
产品特点：1.传感器壳体采用优质不锈钢制造，无可动检测部件整体设计紧凑，测量部无任何可动及弹性元器件，具有抗高空跌落、抗摔打、抗震动等优点。
2.输出信号可随液位高度变化而无梯度连续变化。
3.传感器采用航天级元器件，全数字化采集、处理。
对于数字输出的传感器是一款完全数字传感器。
4.传感器在设计上解决了温度以及不同被测介质对传感器精度的影响，传感器适应于不同介电常数物质的测量，传感器具有自动校准自动识别被测介质的能力，被测介质发生变化时（不同型号油品、不同地区油品）传感器可以自动识别补偿，从而实现了传感器的高智能化。
5.供电电压适合市场需求，供电电压范围18-35V。
6.传感器整机功耗仅为25mw（12V），可以长期工作在电池供电系统中。
7.传感器具有极高的抗干扰能力，可耐受人体、大功率对讲设备、大功率电器的启停以及高电压冲击。
8.传感器具有极高的分辨率，1米长的传感器检测水时，其分辨率可以达到5PPM。
电容式液位仪设计
电容式液位仪设计摘要：该液位计利用不同介质具有不同的介电常数的特性，使液面高度变化改变电容大小，建立线性方程，使得能通过检测电容大小检验出液面高度。
本液位计一共分六个局部，由RC文氏震荡电路，衰减电路，微分电路，滤波电路，整流电路和单片机检测显示局部组成。
其中电容板与运放组成微分电路，电容的大小与电路的输出大小呈线性。
单片机通过检测整流后的输出，得出页面高度。
此题的重点是设计合理的滤波电路，难点是如何提高精度。
2.方案论证本设计主要任务是测量平行探针的电容。
并探索电容的容量与液体高度的关系。
电容式传感器检测电路主要有交流半桥式检测电路、充放电检测电路、基于V/T变换的电容测量电路，交流锁相放大电容测量电路，分别论证如下。
方案1：交流半桥式检测电路AC电桥电容测量电路如图2所示，其原理是将被测电容在一个桥臂，可调的参考阻抗放在相邻的一个桥臂，二桥臂分别接到频率一样/幅值一样的信号源上，调节参考阻抗使桥路平衡，那么被测桥臂中的阻抗与参与阻抗共轭相等。
图2 交流半桥式检测电路这种电路的主要优点是：精度高，适合作精细电容测量，可以做到高信噪比。
方案2：充放电检测电路充/放电电容测量电路根本原理如图3所示。
由CMOS开关S1，将未知电容Cx充电至Ve，再由第二个CMOS开关S2放电至电荷检测器。
在一个信号充/放电周期从Cx传输到检波器的电荷量Q=Ve·Cx，在时钟脉冲控制下，充/放电过程以频率f=1/T重复进展，因而平均电流Im=Ve·Cx·f，该电流被转换成电压并被平滑，最后给出一个直流输出电压Vo=R f·Im=Rf·Ve·Cx·f(Rf为检波器的反应电阻) 。
图3 充放电检测电路方案3 基于V/T变换的电容测量电路V/T变换的电容测量电路根本原理如下列图所示。
图4 电容检测电路电流源Io为4DH型精细恒流管，它与电容C通过电子开关K串联构成闭合回路，电容C的两端连接到电压比拟器P的输入端，测量过程如下：当K1闭合时，基准电压给电容充电至Uc=Us，然后K1断开，K2闭合，电容在电流源的作用下放电，单片机的部计数器同时开场工作。
电容式液位测量系统的设计
设计报告电容式液位测量系统的设计摘要：电容式液位测量系统是基于改变介电常数时，电容器的电容量变化的原理来测量液位的。
利用电容式传感器，ADC0809，AT89S52单片机,2764,8155和数码管等组成测量系统，对煤油的液位进行测量。
它具有设定液位、显示液位和声光报警的功能。
实验表明：该系统能对导电液体的液位测量，并具有结构简单、成本低、性能稳定等优点。
关键词：液位测量；电容式传感器；单片机一、液位测量方法简介液位检测在现代工业生产过程中具有重要地位。
目前常用的液位检测技术有静压式物位计、浮力式物位计、电器式物位计、声学式物位计、射线式物位计。
二、液位测量系统设计2.1液位测量原理导电液体电容式传感器主要利用传感器两电极的覆盖面积随被测液体液位的变化而变化，从而引起电容量变化的关系进行液位测量。
图1 中的不锈钢棒、聚四氟乙烯套管以及容器内的被测导电液体共同构成圆柱形电容器。
当可测量液位H = 0，传感器与容器之间存在分布电容，得到电容量为（1）式中C0为电容量，ε’为聚四氟乙烯和容器内气体的等效介电常数，L 为液位最大高度；D0为容器内径，d 为不锈棒直径。
当液位高度为H，传感器电容量（2）式中ε为聚氟乙烯介电常数；D 为聚四氟乙烯管外径。
因此，当容器内液位由零增加到H 时，传感器电容变化量（3）由于因此，上式第二项可忽略，（4）可见，当电极确定后，参数ε，D 和d 都是定值，传感器的电容量与液位的变化量呈近似线性关系。
2.2测量系统结构该系统是由数据测量电路和单片机检测监控系统两个部分组成。
首先，被测电路由电容式传感器与二极管环形桥路组成，如图2所示。
当液体处在圆柱型电极与圆柱形容器之间，由于液面高度不同，引起介电常数变化，导致电容量的变化。
电路由脉冲发生器产生信号提供激励电压，设低电平为E1，高电平为E2，脉冲方波频率为f；电桥一端接标准电容器Cc，另一端接电容式传感器CX，A 为电流/ 电压放大器（设放大系数为A），U０为输出电压。
26 汽车传感器与检测技术 电子教案：电容式液位传感器
姚科业，《图解汽车传感器识别检测拆装维修》，化学工业出版社，2018.03 一、概述电容式液位传感器常用作燃油、机油和冷却液液位的测量。
将电容式传感器放入燃油或冷却液中，随着燃油或冷却液液位高度h变化，引起电容电极间的电介质的不同并使电容变化，电容的变化引起了振荡周期的变化，通过计算振动频率，就能获知液面状态，如图1所示。
机油状态传感器是随时监控机油液位、机油品质、机油温度的传感器。
下面以大众机油状态传感器为例，说明其监测方法。
图1 电容式液位传感器的构造示意图二、功用电容式液位传感器的功用：1.检测液体的高度位置；2.作为仪表指示、警告的输入信号；3.测量液体的储液量。
三、原理机油状态传感器G1形电容器组成，安装于发动机油底壳上，该传感器由两个重叠安装的筒形电容器组成，如图2所示。
图2 构造原理示意图由图2可知，两根金属管作为电容器电极嵌套安装在电极之间，发动机机油作为电介质。
机油状态通过下面的传感器测得，作为电介质的机油因磨损碎屑不断增加以及添加剂的分解而使介电常数发生变化，相应的电容值将在传感器内的电子装置中被处理成数字信号，并作为发动机机油状态信息被传送给仪表电脑。
机油液位传感器在状态传感器的上部，他测量机油液位这一部分的电容值，该电容值会随着机油液位的变化而发生变化，并将由传感器电子装置处理成数字信号再送到仪表电脑。
四、案例图3 机油状态传感器电路图五、检测1.检测供给电源电压用数字式万用表对传感器1号端子进行工作电压检测。
用数字万用表直流20V档检测机油状态传感器1号端子，点火开关打开时，其电源端电压应是蓄电池电压。
2.检测搭铁线检测2号线与搭铁间电阻，正常值应为0Ω，否则说明搭铁不正常。
3.检测信号线参考电压检测2号线信号电压应在9.8-10.5V范围内。
在怠速时测量电压值应基本不变化。
4.查询故障码若机油液位传感器本身或者线路出现问题，会出现故障码。
5.波形检测运用示波器对机油状态传感器输出端的信号进行波形分析，可以进一步确定该传感器信号特征，该信号是一个脉冲矩形方波信号。
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电容式智能液位仪目录目录摘要 (2)1.导言 (3)2.传感器 (4)2.1理想的电容式传感器 (4)2.2电路模型 (5)2.3传感器特性 (6)2.4传感器结构 (7)3.硬件电路设计 (11)3.1硬件电路划分 (11)3.2单片机的选用 (11)3.3直流充放电式电容测量电路设计 (13)3.4信号调理电路设计 (14)3.5单片机电路及模数转化电路设计 (15)3.6通信电路设计 (16)4.系统软件设计 (18)4.1编程环境与编程语言 (18)4.2软件总体设计 (18)5.电容测量电路的实验结果和分析 (19)5.1实验过程及结果 (19)5.2实验分析 (21)参考文献 (22)摘要设计一种多功能智能化液位检测装置，采用ATmega8作为硬件电路核心，以圆柱形电容探头为液位检测传感器，利用电容频率转换原理将电容变化为频率变化，利用单片机检测频率，软件计算液位高度。
本装置具有机械去液面波动，用软件进行温度修正、线性校正、用户自校正，通信和多液体选择等功能。
本文主要创新之处是提出一种适合于波动液面液位检测的智能液位仪，具有温度补偿、用户自校正和通信等功能。
本文设计了高度为100cm的柱形电容液位检测传感器，电容器具有结构简单，电路实现容易，利用555振荡电路实现了电容到频率的转换，利用程序实现频率到高度转换，理论正确可靠，推算过程合理，利用软件分段修正减小了线性误差。
在电容的两端装有液位缓冲器，采用机械的方式减小液面波动。
由实验测试可知，本液位检测装置性能稳定，检测可靠，测量精度达到1cm, 分辨率可0.1cm，达到车载式喷雾机液位检测的要求。
利用此方案可根据需要设计各种量程的液位检测装置，适用性较广。
·2·1.导言河流、水库或容器的液位可以通过测量浸在液体内两电极间的电容而进行监控。
使用电容式传感器进行液位测量，具有以下优点：低成本（即对于传感器有比较成熟的技术）、低功耗、高线性度、对应用场合的几何形状有较高的适应性。
电容式液位传感器的工作原理取决于液体类型。
对于导电液体，为了避免短路，两个传感器电极中至少有一个是绝缘的。
在气-液分界面以下，液体表现为导体，因此，电容的电解质仅仅是绝缘电极。
在气-液分界面以上，电解质就是绝缘电极与电极之间的空气，因而产生更小的电容。
另一方面，对于非导电液体，电极不需要绝缘。
在气-液分界面以下，电解质是液体（其介电常数高于空气）。
而分界面以上，则是空气。
对于两种类型的液体，随着液位的升高，在气液分界面以下的电极的面积也就增加，进而导致电容增大。
电容式传感器可分为两类：浮力电容式传感器（即该传感器的电极都不接地），还有接地电容式传感器（即传感器两个电极中的一个是接地的）。
前者使用范围更大，应用更广泛，因为能抵抗杂散电容干扰的接口电路可以对它们的数据进行读取。
然而，由于浮力电容式传感器的安全原因或者操作条件的限制，接地电容式传感器在一些领域中还是有一些应用的。
例如：接地金属容器中导电液体的液位的测量。
文献【6】公布了一个0.6mm的非线性误差线（0.1%）和一项对于60cm的测量范围允许有0.1mm的非线性误差的决议。
另一方面，·3·文献【7】公布了一个1%的非线性误差线和一项对于70cm的测量范围允许有1mm的非线性误差的决议。
在许多工业应用中，传感器是远离电子器件的。
例如：在油库底部的水位测量。
在这些情况下，为了减少外部噪声的影响干扰，传感器用屏蔽电缆连接到接口电路。
对于接地电容传感器，普通的被动屏蔽（防护罩连接地面）是不合适的，因为电缆的附加电容与电容器的电容同时存在，而且电缆的附加电容能够远大于由于环境条件引起的传感器的电容。
为了减少这种附加电容的影响，接地电容式传感器一般采用有源屏蔽技术连接到接口电路。
本文介绍了以远程电容式传感器为基础的液位测量系统的设计和实施。
它提供了在有源电路中对因附加元件产生的影响的详细分析该系统已经通过在接地金属容器中测量液体导电水平的测试。
2.传感器2.1 理想的电容式传感器当测量导电液体的液位时，传感器的总电容实际上等于气液分界面以下两电极间的电容。
这类电容显示了一个同轴电极配置。
换言之一个电极是导线，另一个电极是绝缘导线周围的导电液体。
因此，该电容的理论值可用下式进行计算：在这里为真空介电常数，为绝缘线的相对介电常数，d1和d2分·4·别是绝缘线的内径和外径，h是液位高。
两个因素中，第一个是考虑到金属线做成U型，做一个近似，电容加倍。
2.2 电路模型图2a是为电容式传感器设计的电路模型。
电容C x是理想电容，R w 和C w分别是液体的电阻和电容。
L s是电感系数。
R w当液体能够导电，并且激发信号的频率不太高（几十到几百千赫），R w的影响将优于C w，并且L s的影响可以忽略。
将电路模型简化为图2b，这更接近理想值（即只受R w的影响）。
因为这个原因，用作接口电路的振荡器工作在这样的频率范围。
另一方面，在高频下，C w的影响优于R w，因此电路模型简化为2c。
这种高频电路模型适用于对主动屏蔽电路进行稳定性分析。
·5·2.3 传感器特性设计传感器原型的阻抗使用阻抗分析仪在20kHz到15MHz内进行测量。
然后，测量结果用于提取2a中电路模型的参数。
图3显示不同的自来水水位的特性结果。
电容Cw 随着水位高低线性增减，正如公式一。
灵敏度是0.47pf/mm 这与前节中所陈述的值及其相似。
尽管电容Cw能够线性增减，但电阻Rw的增减与液位的变化成反比，这正是我们所期望的。
最后，电感Ls随液位的变化线性增减，这是因为当前回路面积随着液位的升高而减小。
·6·2.4 传感器结构传感器结构如图：整个传感器可以分为上下两部分：上部为数据采集和处理模块，下部为十段电容传感器和电容传感器外电极。
上部包括电源模块、ATmega16单片机、人机交互模块和通讯模块。
全部安装在传感器顶部的防水盒中。
防水盒采用航空街头外接天线。
接入20V电源的输入以及RS-485串行通讯电缆。
防水盒上方安装有状态指示灯、按键和LCD显示屏，实现传感器工作指示和人机交互。
下部包括十段独立的电容传感器和电容传感器外电极。
电容传感器外电极公用，套在整个电容传感器外部。
中间是聚四氟乙烯绝缘管将·7·所测介质和电容传感器隔离。
十段独立的电容传感器每一段的结构如下图：聚四氟乙烯绝缘管内是电容传感器内电极，高为10cm，中间是电容测量电路板，包括ATmega8单片机、电容测量电路和通讯电路，其中电容测量电路分别和电容传感器内、外电极相连。
电容传感器截面图如图所示：这种独立的电容测量模块的设计虽然增加了整体复杂度和开发成本，但是这样的设计可以极大的缩小连接电容测量模块和电容极板的导线距离，从而极大的减小了导线电容对于测量的影响，提高了液位测量的精度。
系统功能模块划分系统按功能可以划分为以下模块：·8·四个按键实现用户输入LCD显示实现油气油水界面位置显示、油层厚度显示、不同功能状态下内容显示。
这些都保证了用户能够简单快捷的设定、使用和维护传感器，提高用户的操作体验。
（5）通信模块：包括两部分，传感器内部串行通信和外部RS-485总线通信。
·9·系统工作框图：·10·3.硬件电路设计3.1 硬件电路设计3.2单片机的选用了RISC的这种结构，使A VR系列单片机都具备了1MIPS/MHZ的高速处理能力。
·11·A VR单片机硬件结构采取8位机与16位机得折中策略，采用局部寄A VR单片机具有多种省电休眠模式，且可5V-2.7V宽电压运行，抗干扰能力强。
·12·3.3直流充放电式电容测量电路设计·13·3.4信号调理电路设计·14·3.5 单片机电路及模数转化电路设计每一段电容传感器中都含有一个ATmega8单片机，因此ATmega8单片机共有十个，每一个电路如图：·15·用于状态指示LED控制。
3.6通信电路设计·16·方便与TTL电路连接。
（2）RS-485的数据最高传输速率为10Mbps，最大传输距离可达1200米。
（3）RS-485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干扰能力强，即抗噪声干扰能力好。
图中RS-485接A Tmega16单片机，控制芯片是发送状态还是接收状态。
RXD和TXD用于数据传输。
·17·4.系统软件设计4.1 编程环境与编程语言4.2 软件总体设计·18·⑤定时检测各个电容传感器的工作状态，如出现错误通过LED指示灯报警，并在LCD显示出错电容传感器为第几段。
⑥通过控制MAX485芯片，使用RS-485总线进行外部通信。
5.电容测量电路的实验结果和分析5.1实验过程及结果电容测量电路分为两部分，一个是测试电容传感器的准确度，一个是测试电容传感器的精度。
（1）测试电容传感器的准确度·19·（2）测试电容传感器的精度相对于电容传感器的准确度，电容传感器的精度对于液位测量也是非常重要的，电容测量的精度将影响到整个测量系统对于液位变化的敏感度。
测试电容传感器精度的过程是：分别接入10pf、20pf、50pf、100pf·20·的电容，然后并上1pf的电容观察其测量值的变化，根据电容值测量原理：两电容并联，电容值增加。
测量结果如表所示：5.2 实验分析·21·参考文献1）李冬梅.国内外液位计量仪表技术发展方向.仪器仪表用户. 2）杨万国，贾彦刚.多种液位仪表的应用对比.石油工程建设. 3）任开春，涂亚庆.20余种液位测量方法分析.工业仪表与自动化装置.4）李晓游.原汕储罐多界面测试系统：（硕士学位论文）.沈阳.沈阳工业大学.5）何奇，唐德刚.浅析油罐液位检测的几种方法.计量与测试技术. 6）唐云龙.新型浮筒液位计校验仪的设计开发；（硕士学位论文）.大连.大连理工大学.7）杨玉玲.基于磁滞伸缩液位传感器的船舶液位/容积精确监控系统；（硕士学位论文）.上海.上海海事大学8）何翔宇.汕水界面智能检测仪的研究；（硕士学位论文）.武汉.武汉理工大学.9）王毅，侯谢民，尚晨旭.电容式汕水界面液位传感器的设计.中国仪器仪表10）余成波.传感器与自动检测技术.北京：高等教育出版社. 11）陶红艳.传感器与现代检测技术.北京：清华大学出版社. 12）贺良华.现代检测技术.北京：华中科技大学出版社.·22·。