应用平行极板式电容传感器检测润滑油品质的研究

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利用电容器验证油液的污染程度

利用电容器验证油液的污染程度
熊子伦;卢继德;李琪;王洪鹏;张鹏
【期刊名称】《物理实验》
【年(卷),期】2018(038)012
【摘要】利用电容器原理验证油液的污染程度,研究电容率与油液污染程度之间的变化规律.实验结果表明,水、酸值和金属颗粒是影响油液污染程度的重要因素,电容率法作为验证油液污染程度的方法是可行的.
【总页数】4页(P48-50,55)
【作者】熊子伦;卢继德;李琪;王洪鹏;张鹏
【作者单位】中国石油大学(北京) 地球物理学院,北京102249;中国石油大学(北京) 地球物理学院,北京102249;中国石油大学(北京) 地球物理学院,北京102249;中国科技馆展览教育中心,北京100012;中国石油大学(北京) 理学院,北京102249
【正文语种】中文
【中图分类】O441.1;TE622.5
【相关文献】
1.环境综合污染程度与人均居民可支配收入关系的EKC验证 [J], 王元地;王国蒙
2.柴油机润滑油液体污染程度对抗磨性能的影响 [J], 张召民;李婧
3.利用污染指数法评价张掖市规划区内地表水污染程度 [J], 刘芳
4.利用单因子污染指数与内梅罗综合指数\r进行土壤重金属污染程度评级 [J], 唐功政;刘国栋;高润青;南浩然;郭宏远
5.太阳能是一种巨大的、无污染、廉价的自然能源。

利用太阳能将节约大量的常规
能源,是节能的有效手段。

随着太阳能热水系统被越来越多地采用,太阳能加热水已是最成功的太阳能利用技术之一。

然而,太阳能热水系统的经济性能,特别是确定它能否与常规能源设备相竞争,在很大程度上取 [J], 朱万军
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应用平行极板式电容传感器检测润滑油品质的研究

应用平行极板式电容传感器检测润滑油品质的研究作者：侯晓亚, 张英堂, 李志宁来源：《现代电子技术》2011年第20期摘要：分析和探讨了润滑油介电常数变化的微观原因，并基于介电常数测量原理，以实现润滑油质量的现场快速检测为目的，考虑灵敏度、信噪比、击穿电压等参数要求，设计了平行极板式电容传感器。

采用谐振法对不同使用期的油样进行了测试实验，其中重复性测试数据的最大偏差为4.8%。

应用计及边缘效应影响的计算公式对数据进行了处理，结果表明该传感器能在不改变机器内部油路结构的情况下快速有效地检测油液介电常数的变化，为科学判断润滑油使用状况提供依据。

关键词：润滑油；油液检测；介电常数；电容传感器中图分类号：TN919-34 文献标识码：A文章编号：1004-373X(2011)20-0164-03Study on Detection Method of Lubricating Oil Quality by Parallel Electrode Capacitance Sensor HOU Xiao-ya, ZHANG Ying-tang, LI Zi-ning(Ordnance Engineering College, Shijiazhuang 050003, China)Abstract：The microcosmic cause of dielectric constant changes is analyzed. Based on this principle of dielectric constant measurement, in order to measure lubricating oil quality, considering SNR and other factors, the parallel electrode capacitance sensor was designed. The testing experiments were carried out on the lubricating oil sample in different application period with resonance method. The windage of maximun deviation is 4.8%. The data is processed by using formula which takes axial edge effect into account. The results show that changes of lubricating oil's dielectric constant can be detected effectively without changing the oil tube in the machine, which can provide reference for estimating the state of lubricating oil.Keywords： lubricant lubricating oil monitoring; dielectric constant; capacitance sensor润滑油在使用一段时间后，由于外界杂质的侵入和本身的氧化、凝聚、水解和分解等原因［1］，会使油液的介电常数值发生变化。

机械工程测试技术基础课后习题答案

《机械工程测试技术基础》课后答案章节测试题第1章信号及其描述（一）填空题1、测试的基本任务是获取有用的信息，而信息总是蕴涵在某些物理量之中，并依靠它们来传输的。

这些物理量就是，其中目前应用最广泛的是电信号。

2、信号的时域描述，以为独立变量；而信号的频域描述，以为独立变量。

3、周期信号的频谱具有三个特点：，，。

4、非周期信号包括信号和信号。

5、描述随机信号的时域特征参数有、、。

6、对信号的双边谱而言，实频谱（幅频谱）总是对称，虚频谱（相频谱）总是对称。

（二）判断对错题（用√或×表示）1、各态历经随机过程一定是平稳随机过程。

（）2、信号的时域描述与频域描述包含相同的信息量。

（）3、非周期信号的频谱一定是连续的。

（）4、非周期信号幅频谱与周期信号幅值谱的量纲一样。

（）5、随机信号的频域描述为功率谱。

（）（三）简答和计算题1、求正弦信号t x t x ωsin )(0=的绝对均值μ|x|和均方根值x rms 。

2、求正弦信号)sin()(0ϕω+=t x t x 的均值x μ，均方值2x ψ，和概率密度函数p(x)。

3、求指数函数)0,0()(≥>=-t a Ae t x at 的频谱。

4、求被截断的余弦函数⎩⎨⎧≥<=T t T t t t x ||0||cos )(0ω的傅立叶变换。

5、求指数衰减振荡信号)0,0(sin )(0≥>=-t a t e t x at ω的频谱。

第二章测试装置的基本特性（一）填空题1、某一阶系统的频率响应函数为121)(+=ωωj j H ，输入信号2sin )(t t x =，则输出信号)(t y 的频率为=ω ，幅值=y ，相位=φ 。

2、试求传递函数分别为5.05.35.1+s 和2224.141n n n s s ωωω++的两个环节串联后组成的系统的总灵敏度。

柔性极板电容式液位传感器的研究和应用

高度为 hl，见式（1），感应极板 1 与液体重合的面积为 S1，对应的感应极板 1 的电容记为 C1'；感应极板 2 与液体重合的面积为 S2，对应的感应极板 2 的电容记为 C2'。由式（2）可知，液体和感应极板重合的面积与它们之间形成的电容成正比，设比例系数为 a。
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包装工程
2021 年 12 月
近年来，液位检测在智能家居、工业控制、食品灌装、汽车、医疗等行业领域得到广泛的应用[1]。随着自动化程度的增加和检测技术的提高，人工监控和干预的时代已远去，液位传感器的重要性也越加突显[2]。
测量液位方法包括电容法、电导率法、磁致伸缩法、超声波法、振动法、浮子液位计法、液位开关法、伺服液位计法等[3—5]。电容式液位传感器根据电容量的变化感知当前液位的高度变化，其具有结构简单、读取方便、工作时不会污染待测液体的优点。电容式液位检测包括点液位测量和连续液位测量[6—7]，连续液位测量用于过程监控的连续液位测量，点液位测量用于激活报警或跳闸的点液位测量。在这 2 个应用场景中，电容的极板都是在硬质 PCB 板上的覆铜，实际应用中待测液位的储液容器基本都是中空的圆柱，若使用上述 2 类液位传感器，极板和待测容器的接触面积很少，工作时电容器的电场线只有一小段从待测液体柱中穿过，使得传感器灵敏度下降甚至无法使用。针对这个缺陷，文中设计一种柔性极板的电容式液位传感器，使得电容极板可以弯曲，并与储液容器的外壁紧密贴合，实现较高灵敏度的连续水位检测。
(11)
将液位计算方法转化为计数值的变化量 ΔM1 和
ΔM2（初始值与当前值的差值），检测液位在不同高
度时，记录两极板计数值的变化量，并建立数学关系，

基于电容传感器的润滑油含水率监测研究

■
图１传感器实物图
图２ＬＲ数字电桥Ｃ
本实验所设计的传感器是基于螺旋线式，两根螺旋
李钰洁等：于电容传感器的润滑油含水率监铡研究基
导线并列螺旋印制于印刷电路板上，表层涂绝缘漆。印板５０ＩＩ】，Ｉｍ厚刷电路大小（０×５）ｌｌ电极间距为ｌｍ，度为２ｔ。图１示为传感器实物图。图２示为本实验所０ｍａ所所
李钰洁田洪祥韩秋平
（海军７程大学船舶与动力学院，－湖北武汉４０３）３０３
摘要：针对润滑油中混入水分的问题，设计了一种基于电容原理的螺旋线状传感器，利用ＬＲ数字电桥对不同含水率的润滑油电容值进行测定，Ｃ并
对测量数据进行显著性检验，结果表明这种传感器测量重复性好，可有效检测含水率分别为０１％、．％、．％、％的润滑油。．５Ｏ２Ｏ５１２５
卡尔费休库伦法：在电解池中由阳极直接氧化产生
滴定剂，通过计算反应过程中消耗的电量来测定样品水
电容计算公式Ｃ：皇
一
（）２
分含量。特点：测定结果准确，速度快且灵敏度高，广泛
用于水分测量，但润滑油在甲醇中的溶解性低，需要加入甲苯等作为改性剂，甲苯是有毒试剂，对人体有害。重量法：将待测样品在恒温下加热烘干至恒重或加热烘干一定时间，根据脱水前后的重量计算出水分含量。特点：待测装置简单，可同时测量多个试样，且测量精度
关键词：电容传感器；显著性检验；润滑油；电常数介

基于电容传感器的飞机滑油磨粒检测系统设计

基于电容传感器的飞机滑油磨粒检测系统设计何永勃;徐斌【摘要】飞机发动机的异常摩擦、磨损会在滑油中产生大量的磨粒，对滑油磨粒的有效检测可以为发动机的故障诊断提供可靠信息。

设计了一个弧状极板式电容传感器，但传感器中电容变化量非常小，传统方法难以检测，采用交流电桥式电容检测方法。

系统以AD9833为DDS信号发生器给交流电桥施加激励信号，经C/V 转换、差分放大、相敏解调以及低通滤波等处理后得到实时电压变化。

可实现弱信号的精确检测，且能有效克服杂散电容和寄生电容的影响。

多次实验结果均表明：该检测系统具有灵敏度高，稳定性好等特点。

%The abnormal friction and abrasion of aircraft engine will produce a large amount of abrasive particles in lubricating oil,effective detection of lubricating oil abrasive particles can provide reliable information for engine fault diagnosis. An arc plate capacitance sensor is designed,but the capacitance change of sensor is very small,it is difficult to detect with traditional method,alternating current bridge capacitance detection method is used here. The system takes the AD9833 as DDS signal generator to exert pumping signal on alternating current bridge,by C/V conversion,differential amplifier,phase sensitive demodulation and low pass filtering obtain real time change of voltage. The design can realize accurate detection of weak signal,and it can overcome influence of stray capacitance and parasitic capacitance effectively. Multiple experimental results show that the system has characteristics of high sensitivity and good stability.【期刊名称】《传感器与微系统》【年(卷),期】2016(035)010【总页数】4页(P112-115)【关键词】磨粒;电容传感器;AD9833;信号发生器【作者】何永勃;徐斌【作者单位】中国民航大学航空自动化学院，天津300300;中国民航大学航空自动化学院，天津300300【正文语种】中文【中图分类】TP212飞机发动机结构复杂且工作环境恶劣，内部的异常摩擦、磨损是造成发动机各种故障的主要原因[1]。

基于平行板电容传感器的地沟油检测研究

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏｓａｔｉｓｆｙｔｈｅｄｉｆｆｉｃｕｌｔｐｒｏｂｌｅｍｏｆｍｅａｓｕｒｉｎｇｄｒａｉｎａｇｅｏｉｌａｔｐｒｅｓｅｎｔ，ａｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎｔｈｅ
ＳＴＭ３２Ｆ０５１．Ｔｈｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｃｏｍｐｒｉｓｅｓａｐａｒａｌｌｅｌ — ｐｌａｔｅｃａｐａｃｉｔｏｒｓｅｎｓｏｒｍｏｄｕｌｅ，ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｍｏｄｕｌｅ
摘
要：针对目前地沟油难以检测的难题，提出一种了基于平行板电容传感器的检测系统。它是根据各种油样品介
电常数的差异，去影响平行板电容传感器的内部电容量，由可编程电容一数字转换器ＡＤ７７４６和嵌入式微控制器
ＣｈｅｎＹｉｎｇｇｕａｎｇＸｉａｏＤａｎ
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，ＧｕｉｌｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕｉｌｉｎ５４１００４，Ｃｈｉｎａ）
ｐａｒａｌｌｅｌｐｌａｔｅｃａｐａｃｉｔｏｒｓｅｎｓｏｒｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄｉｎｔｈｅｐａｐｅｒ．Ｉｔｉｓｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｖａｒｉｏｕｓｏｉｌｓａｍｐｌｅｓｏｆｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｃｏｎｓｔａｎｔａｎｄｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓｔｈｅｉｎｔｅｒｎａｌｃａｐａｃｉｔｙｏｆｔｈｅｐａｒａｌｌｅｌ — ｐｌａｔｅｃａｐａｃｉｔｏｒｓｅｎｓｏｒ，ｗｈｉｃｈｉｓｒｅａｌｉｚｅｄｄｉｇｉｔａｌａｎｄｓｏｆｔｗａｒｅｆｕｎｃｔｉｏｎｂｙＡＤ７７４６ｗｉｔｈａｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅｃａｐａｃｉｔａｎｃｅｔｏｄｉｇｉｔａｌｃｏｎｖｅｒｔｅｒａｎｄｅｍｂｅｄｄｅｄｍｉｃｒｏ — ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ

《传感器与检测技术》-题库分析

《传感器与检测技术》题库一、填空：1，测量系统的静态特性指标主要有线性度、迟滞、重复性、分辨力、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定性等。

2.霍尔元件灵敏度的物理意义是表示在单位磁感应强度相单位控制电流时的霍尔电势大小。

3.热电偶所产生的热电势是两种导体的接触电势和单一导体的温差电势组成的，其表达式为Eab （T ，To ）=T B A TT BA 0d )(N N ln )T T (e k 0σ-σ⎰+-。

在热电偶温度补偿中补偿导线法（即冷端延长线法）是在连接导线和热电偶之间，接入延长线，它的作用是将热电偶的参考端移至离热源较远并且环境温度较稳定的地方，以减小冷端温度变化的影响。

4.压磁式传感器的工作原理是：某些铁磁物质在外界机械力作用下，其内部产生机械压力，从而引起极化现象，这种现象称为正压电效应。

相反，某些铁磁物质在外界磁场的作用下会产生机械变形，这种现象称为负压电效应。

（2分）5. 变气隙式自感传感器，当街铁移动靠近铁芯时，铁芯上的线圈电感量（①增加②减小③不变）6. 仪表的精度等级是用仪表的（① 相对误差 ② 绝对误差 ③ 引用误差）来表示的7 电容传感器的输入被测量与输出被测量间的关系，除（① 变面积型 ② 变极距型 ③ 变介电常数型）外是线性的。

8、变面积式自感传感器，当衔铁移动使磁路中空气缝隙的面积增大时，铁心上线圈的电感量（①增大，②减小，③不变）。

9、在平行极板电容传感器的输入被测量与输出电容值之间的关系中，（①变面积型，②变极距型，③变介电常数型）是线性的关系。

10、在变压器式传感器中，原方和副方互感M 的大小与原方线圈的匝数成（①正比，②反比，③不成比例），与副方线圈的匝数成（①正比，②反比，③不成比例），与回路中磁阻成（①正比，②反比，③不成比例）。

11、传感器是能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置，传感器通常由直接响应于被测量的敏感元件和产生可用信号输出的转换元件以及相应的信号调节转换电路组成。

传感器应用技术智慧树知到期末考试章节课后题库2024年淄博职业学院

传感器应用技术智慧树知到期末考试答案章节题库2024年淄博职业学院1.MQN型气敏电阻可测量（）的浓度，TiO2型气敏电阻的浓度。

答案:锅炉烟道中剩余的氧气###气体打火机间的有害气体2.电感式传感器可以对（）等物理量进行测量。

答案:位移###振动###压力###流量3.传感技术的作用主要体现在：（）。

答案:传感技术在系统安全经济运行监测中得到了广泛应用###传感技术的完善和发展推动着现代科学技术的进步###传感技术及装置是自动化系统不可缺少的组成部分###传感技术是产品检验和质量控制的重要手段4.将超声波（机械振动波）转换成电信号是利用压电材料的压电效应；蜂鸣器中发出“嘀……嘀……”声的压电片发声原理是利用压电材料的逆压电效应。

答案:对5.有一温度计，它的测量范围为0～200℃，准确度为0.5级，当示值为20℃时的示值相对误差为5％，100℃时的示值相对误差为1℃。

答案:对6.欲探测埋藏在地下的金银财宝，应选择直径为500mm左右的电涡流探头。

欲测量油管表面和细小裂纹，应选择直径为5mm左右的探头。

答案:对7.光敏二极管属于内光电效应，光电池属于光生伏特效应。

答案:对8.对处于钢板深部的缺陷宜采用超声波探伤；对处于钢板表面的缺陷宜采用电涡流探伤。

答案:对9.用压电式加速度计及电荷放大器测量振动加速度，若传感器的灵敏度为70pC/g（g为重力加速度），电荷放大器灵敏度为10mV/pC，试确定输入3g（平均值）加速度时，电荷放大器的输出电压（平均值，不考虑正负号）；答：2100mV。

并计算此时该电荷放大器的反馈电容Cf 。

答：100pF 答案:对10.大面积钢板探伤时，耦合剂应选自来水为宜；机床床身探伤时，耦合剂应选机油为宜；给人体做B超时，耦合剂应选液体石蜡。

答案:对11.公式EH=KHIBcosq 中的角q 是指答案:磁力线与霍尔薄片的垂线之间的夹角12.答案:（a）和 (d)13.为了得到尽可能大的电荷输出，我们应该将多个压电晶片（）使用。

基于数字式电容检测的机油品质传感器

㊀２０２０年㊀第１期仪表技术与传感器Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ㊀Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ㊀ａｎｄ㊀Ｓｅｎｓｏｒ２０２０㊀Ｎｏ．１㊀收稿日期：２０１８－１１－０６基于数字式电容检测的机油品质传感器刘岳鹏，周㊀磊，郝云择（北京航天试验技术研究所，北京㊀１０００７４）㊀㊀摘要：针对汽车机油更换周期的问题，设计了一种基于介电常数变化的机油品质检测传感器，通过测量电容值来反映机油的介电常数㊂传感器采用圆柱型电容结构，并以数字电容芯片ＡＤ７７４５和ＳＴＣ１２Ｃ５Ａ６０Ｓ２单片机设计的处理电路实现对电容的快速㊁准确测量㊂污油和净油按不同比例混合后获得的样品用于传感器性能测试，并将试验数据与ＡＨ２５００Ａ型电容电桥的同步测试数据进行对比㊂结果显示，传感器测量的电容值与标准仪器的结果基本吻合，误差不超过ʃ０．２％，且电容值与污油比例之间具有置信度为０．９８９７的线性关系㊂关键词：ＡＤ７７４５；单片机；电容；机油品质中图分类号：ＴＰ２１２㊀㊀㊀文献标识码：Ａ㊀㊀㊀文章编号：１００２－１８４１（２０２０）０１－０００１－０４ＬｕｂｒｉｃａｎｔＱｕａｌｉｔｙＳｅｎｓｏｒＢａｓｅｄｏｎＤｉｇｉｔａｌＣａｐａｃｉｔａｎｃｅＤｅｔｅｃｔｉｏｎＬＩＵＹｕｅ⁃ｐｅｎｇ，ＺＨＯＵＬｅｉ，ＨＡＯＹｕｎ⁃ｚｅ（ＢｅｉｊｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＡｅｒｏｓｐａｃｅＴｅｓｔｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００７４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｅｎｇｉｎｅｌｕｂｒｉｃａｎｔｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔｃｙｃｌｅ，ａｎｌｕｂｒｉｃａｎｔｑｕａｌｉｔｙｄｅｔｅｃｔｉｏｎｓｅｎｓｏｒｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｃｈａｎｇｅｏｆｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｃｏｎｓｔａｎｔｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅｓｅｎｓｏｒｇａｉｎｓｔｈｅｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｃｏｎｓｔａｎｔｂｙｍｅａｓｕｒｉｎｇｔｈｅｌｕｂｒｉｃａｎｔｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ．Ｔｈｅｃａ⁃ｐａｃｉｔａｎｃｅｓｅｎｓｏｒｕｓｅｄｔｈｅｃｙｌｉｎｄｅｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｃｉｒｃｕｉｔ，ｄｅｓｉｇｎｅｄｂｙｔｈｅｄｉｇｉｔａｌｃａｐａｃｉｔａｎｃｅｃｈｉｐＡＤ７７４５ａｎｄＳＴＣ１２Ｃ５Ａ６０Ｓ２ｍｉｃｒｏ⁃ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，ｒｅａｌｉｚｅｄｔｈｅｃａｐａｃｉｔａｎｃｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｑｕｉｃｋｌｙａｎｄａｃｃｕｒａｔｅｌｙ．Ｔｈｅｓｅｎｓｏｒｓｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｔｅｓｔｗａｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｂｙｔｈｅｓａｍｐｌｅｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｂｌｅｎｄｉｎｇｒａｔｉｏｓｏｆｄｉｒｔｙｌｕｂｒｉｃａｎｔａｎｄｎｅｗｌｕｂｒｉｃａｎｔ，ｔｈｅｎｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｄａｔａｗｅｒｅｃｏｍ⁃ｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎｄａｔａｏｆＡＨ２５００Ａｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ⁃ｂｒｉｄｇｅ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈｅｃａｐａｃｉｔａｎｃｅｖａｌｕｅｓｍｅａｓｕｒｅｄｂｙｔｈｅｄｅ⁃ｖｅｌｏｐｅｄｓｅｎｓｏｒａｒｅｂａｓｉｃａｌｌｙｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔｗｉｔｈｔｈｏｓｅｂｙｔｈｅｓｔａｎｄａｒｄｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ，ａｎｄｔｈｅｅｒｒｏｒｓａｒｅｗｉｔｈｉｎʃ０．２％．Ｔｈｅｃａｐａｃｉｔａｎｃｅｓｈａｖｅａｌｉｎｅａｒｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｏｆ０．９８９７ｃｏｎｆｉｄｅｎｃｅｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｗｉｔｈｔｈｅｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｏｆｔｈｅｄｉｒｔｙｌｕｂｒｉｃａｎｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＡＤ７７４５；ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ；ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ；ｌｕｂｒｉｃａｎｔｑｕａｌｉｔｙ０㊀引言机油是保证汽车发动机正常运行的重要环节之一，其在使用过程中会受到氧化物㊁水分㊁粉尘和金属粒子等污染，使其性能（包括介电常数㊁黏度㊁密度和ｐＨ值等）发生变化，从而降低润滑效果，影响发动机的使用寿命［１］，因此汽车需要定期更换机油㊂目前判断车用机油是否需要更换主要采用两种方法：一是化学分析，即定期对机油进行取样和化学分析；二是经验法，一般根据发动机运行时间或是累积公里数（轿车一般为５０００１００００ｋｍ）进行判断㊂化学分析法需要专门的仪器，操作复杂㊁效率低；而经验法虽然简单，但不够精确，不同设备结构和工作环境对机油的影响不同，所以统一换油周期的标准并不科学㊂本文设计了一种基于介电常数的机油品质检测传感器，采用检测机油的电容值来间接反映出介电常数的变化㊂通过对电容传感器结构和数字处理电路的设计，结合单片机系统可以快速地检测出机油的电容值，再根据前期试验建立的机油样品参数变化曲线，判断出是否达到换油标准㊂该方法研制的传感器具有体积小㊁测量方便和效率高等特点，既可保证汽车发动机的正常运行，又能避免经验法中过早或过晚换油带来的成本和维修损失㊂１㊀电容传感器设计１．１㊀测量原理机油在使用中受到氧化和污染等影响，会使油液中的金属粒子㊁含水量和酸碱值等发生变化，并随着时间的积累而逐渐增加㊂这些都会引起机油品质发生改变［２］，可将这些变化的综合影响通过介电常数来衡量，也就是通过测量电容值来判定机油的性能退化程度㊂电容传感器主要是将待测物理量的变化转化为㊀㊀㊀㊀㊀２㊀ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＴｅｃｈｎｉｑｕｅａｎｄＳｅｎｓｏｒＪａｎ．２０２０㊀电容值的变化，并通过电信号进行输出㊂其具有尺寸小㊁分辨率高㊁动态响应快㊁抗干扰能力强和成本低等优点㊂根据公式Ｃ＝εＳ／ｄ，电容传感器的测量原理分为变介电常数型㊁变面积型和变间距型３种，结合具体应用条件可设计为不同的机械结构㊂１．２㊀传感器结构传感器的结构形式和几何尺寸决定了其电容值的大小㊁灵敏度以及边缘效应等，因此，选择合适的探头尺寸关系到整个传感器的性能指标㊂一般电容传感器的结构有平板型和圆柱型，而圆柱型电容传感器具有较好的电磁屏蔽效果，其测量的电容值只与圆柱的结构尺寸和介质特性有关㊂因此，本文研究中采用圆柱型结构，图１为传感器结构图㊂圆柱筒型电容传感器的计算公式［３］为Ｃ＝２πε０εｒＬｌｎ（Ｒ２／Ｒ１）（１）式中：Ｌ为圆柱长，ｍ；Ｒ２为圆柱外极板半径，ｍ；Ｒ１为圆柱内极板半径，ｍ；ε０为真空中的介电常数，其值为８．８５４ˑ１０－１２Ｆ／ｍ；εｒ为相对介电常数（机油一般为２．３２．７）㊂图１㊀圆柱型电容传感器结构由式（１）可见，测量的电容量与介电常数成线性关系㊂为了让机油能够顺畅地在电容传感器两极间流进流出，在探头电极上开２个圆槽孔㊂结合机油的介电常数范围，将探头尺寸设计为Ｌ＝３０ｍｍ，Ｒ２＝１０．７３ｍｍ，Ｒ１＝６．９２ｍｍ㊂由于边缘效应的影响，传感器的实际电容值与理论计算之间存在一定差异㊂经测试，在室温（约２５ħ）和空气环境下，其电容值约为６ｐＦ㊂２㊀电容检测电路设计本文设计的电容检测电路由控制模块㊁采集模块㊁通讯模块和电源模块组成㊂控制模块以单片机ＳＴＣ１２Ｃ５Ａ６０Ｓ２为核心，用于测量过程中的信号控制；采集模块使用ＡＤ７７４５进行电容值的采集和转换，为避免温度变化对测量的影响，需要对机油温度进行实时监测；通讯模块采用串口将测量数据传输到计算机进行处理和分析；电源模块为检测电路提供能源㊂其中，单片机与ＡＤ７７４５之间采用ＩＩＣ总线进行通讯㊂电路各模块之间的关系如图２所示㊂图２㊀电容检测电路结构图２．１㊀数字式电容检测芯片数字式电容测量芯片以其高精度㊁高集成度㊁高分辨率及操作方便等优势，以单芯片实现了模拟电路测量方法中大量分立元件的功能，为各领域的电容检测提供了优质的解决方案㊂本文采用ＡＤ７７４５作为数字电容检测的核心器件，其具有单端和差分电容检测接口，２１位有效分辨率，量程为－４．０９６＋４．０９６ｐＦ（可根据需求进行偏移和扩容），测量准确度可达０．１％［４－５］㊂ＡＤ７７４５芯片提供了与微控制器直接相连的ＩＩＣ数字总线接口，可通过单片机指令直接对芯片内部寄存器进行配置和读写数据㊂该芯片封装仅３２ｍｍ２，且具有较高的噪声抑制能力和抗电磁干扰能力，稳定性好，操作简便，芯片自身还具有对导线㊁极板与屏蔽之间杂散电容的抑制能力，在微小电容测量领域中有很好的实用性［６］㊂文中采用ＡＤ７７４５的单端测量方式，将电容传感器的两个极板接到ＥＸＣＡ和ＣＩＮ１（＋）之间㊂２．２㊀单片机控制系统本文硬件电路采用单片机作为系统控制核心，选择ＳＴＣ１２Ｃ５Ａ６０Ｓ２增强型８０５１，速度比传统５１单片机可提升８１２倍，具有较强的抗干扰能力［７］㊂在单片机系统设计中，应首先设计包括时钟晶振㊁复位电路和电源供应的最小系统㊂为匹配ＡＤ７７４５芯片的ＩＩＣ总线接口，采用ＳＴＣ１２Ｃ５Ａ６０Ｓ２的通用Ｉ／Ｏ口Ｐ２．６和Ｐ２．７连接ＳＤＡ和ＳＣＬ，通过高低电平的控制来模拟ＩＩＣ总线的通讯协议时序，由于双向Ｉ／Ｏ接口是开漏极输出，因此ＩＩＣ总线上设备的ＳＤＡ和ＳＣＬ引脚都需要外接１０ｋΩ上拉电阻［８］㊂温度采集使用单片机的ＡＤＣ功能，将经过放大器的温度值连接到单片机具有Ａ／Ｄ转换功能的Ｐ１．０口㊂同时，为实现程序下载和上位机检测要求，将单片机的串行通信端口Ｐ３．０和Ｐ３．１引脚连接到ＣＨ３４０芯片，将ＴＴＬ电平转换为适应ＵＳＢ接口的串行信号，以便连接到计算机㊂㊀㊀㊀㊀㊀第１期刘岳鹏等：基于数字式电容检测的机油品质传感器３㊀㊀２．３㊀温度测量电路当温度发生变化时，机油的介电特性也会随之发生变化，因此对机油样品进行电容测量时，必须考虑温度因素对测量结果的影响，从而对温度变化进行补偿㊂虽然ＡＤ７７４５芯片上集成了温度传感器，但在测量时电路无法直接与油品接触，所以片上温度传感器无法准确获得被测机油的温度㊂本文采用Ｐｔ１００铂电阻作为温度传感器，与电容传感器一同浸入油液中进行测量，从而保证温度测量的准确性㊂为避免导线内阻影响，采用Ｐｔ１００的四线制接法［９］㊂通过ＴＬ４３１提供电压基准源，再经过运放将基准电压转换为恒流源，当电流流过Ｐｔ１００时在其上产生压降，经运放将微弱信号放大，并将输出的电压直接连接到单片机的Ａ／Ｄ转换接口㊂运算放大器选用ＯＰＡ２３４０，设定放大倍数为２０，以满足单片机输入测量要求㊂２．４㊀电源及通讯电路电源电路为系统各模块提供稳定的工作电压，硬件设计中的各主要器件（包括ＳＴＣ１２Ｃ５Ａ６０Ｓ２单片机㊁ＡＤ７７４５㊁ＯＰＡ２３４０和ＣＨ３４０）均可采用＋５Ｖ供电㊂ＡＭＳ１１１７系列是一种广泛使用的线性稳压芯片，其最大线性偏差为０．２％，输出电流最大可达１Ａ，因此硬件电路选用ＡＭＳ１１１７－５作为５Ｖ稳压芯片㊂电路中通过基纳二极管㊁去耦电容和电感等对电路进行保护和稳压㊂为了与传感器外壳进行装配，通过对各模块原理的分析，设计了分层电路结构，单层直径为２５ｍｍ，制作的ＰＣＢ电路实物如图３所示㊂图３㊀硬件电路实物图３㊀系统程序软件设计系统程序软件包括单片机控制程序和上位机检测程序㊂前者负责电容和温度的采集及处理，并通过串口实时发送到上位机；后者实现对数据的显示㊁存储和曲线绘制等功能，方便操作人员观察测试结果㊂３．１㊀单片机采集控制程序设计单片机与ＡＤ７７４５芯片之间采用ＩＩＣ总线进行通信，而ＳＴＣ１２Ｃ５Ａ６０Ｓ２只能通过Ｉ／Ｏ口的高低电平及延时的控制来模拟ＩＩＣ通信协议㊂通过ＡＤ７７４５进行电容测量之前，需要先对其内部的ＣａｐＳｅｔｕｐ㊁ＶＴＳｅｔｕｐ㊁ＥＸＣＳｅｔｕｐ㊁Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ和ＣａｐＤＡＣＡ／Ｂ这６个寄存器进行配置，设置测量频率㊁测量模式和偏移量等㊂待启动电容转换且转换结束后，读取ＣａｐＤａｔａＨ／Ｍ／Ｌ３个寄存器值作为２４ｂｉｔ转换结果，进而结合设定的量程范围和偏移量换算成正确的电容值㊂对于温度测量，选用的Ｐｔ１００的电阻值会随温度发生变化，需要经过运放转换为电压信号进行测量［１０］㊂ＳＴＣ１２Ｃ５Ａ６０Ｓ２单片机的Ｐ１．７Ｐ１．０是８路１０位高速Ａ／Ｄ转换器，速度可达到２５０ｋＨｚ㊂在程序中，先进行Ａ／Ｄ转换相关的寄存器配置，待转换结束后，从ＡＤＣ的结果寄存器ＡＤＣ＿ＲＥＳ［１ʒ０］和ＡＤＣ＿ＲＥＳＬ［７ʒ０］中读取数据，得到经放大器处理后的电压值㊂再根据电路设定的恒流值和Ｐｔ１００的分度表，计算出机油所对应的温度㊂电容检测模块与上位机之间采用串口进行通信，单片机以１ｓ的采集周期进行数据采集，并将所测得的电容值和温度值转换为字符串后，实时发送到串口㊂图４为单片机程序运行流程图㊂图４㊀单片机程序流程图３．２㊀上位机软件设计采用ＬａｂＶＩＥＷ软件［１１］开发上位机检测程序，通过图形化和数据流的编程方式搭建软件测试平台，通过表格和曲线的形式将电容值和温度值实时反馈给操作人员㊂串口通信程序采用ＶＩＳＡ模块［１２］编写，根据计算机的设备管理器中识别出的ＣＯＭ口对串口号和波特率等参数进行设置，从而实现电容值和温度值的实时显示和保存㊂４㊀试验测试为了测试本文研制的传感器的测量精度和性能，采用１０Ｗ－４０新油和该油在某车磨合５３００ｋｍ后保养换下的污油进行勾兑制备测试样品㊂将每份样品的体积设为固定值，新油和污油通过不同的比例进行掺混，其中，污油的比例分别为０％㊁１０％㊁２０％㊁㊁９０％和１００％，样品余量用新油进行补充㊂即制作了１１组污油比例逐渐升高的测试样品，可以模拟车辆运行过程中机油状态逐步恶化的过程㊂为了评估传感器测量的准确性，试验过程中采用ＡＨ２５００Ａ型电容电桥进行同步对比测试㊂ＡＨ２５００Ａ对电容测量具有极高的精度和稳定性，标定精度优于７ˑ１０－７，通常可作为其他电容标定的基准㊂试验过程中，分别使用自制的电容传感器和ＡＨ２５００Ａ电容电桥进行了３次测试，为了避免样品中油液分布不均的问题，每次测试前都需要将样品进行充分搅拌㊂测试时将样品和传感器放入恒温箱中，用Ｐｔ１００测量的温度值作为标准，确保测量过程中的温度处于２５ħʃ１ħ的范围内㊂表１为用两种方式进行多次测量结果计算的平均值的对比情况㊂表１显示，自制的电容传感器测量结果与ＡＨ２５００Ａ电桥测试结果具有较好的一致性，且相对误差均在ʃ０．２％以内，说明自制传感器的测量具有较高的精度，可满足实际测试的要求㊂表１㊀自制电容传感器和ＡＨ２５００Ａ电桥的测试结果对比污油比例／％自制电容传感器测试结果／ｐＦＡＨ２５００Ａ电桥测试结果／ｐＦ相对误差／％０１０．４４０１０．４５４－０．１４１０１０．４６０１０．４７８－０．１７２０１０．４９５１０．４９３０．０１３０１０．５３０１０．５１８０．１１４０１０．５６５１０．５５２０．１２５０１０．６０７１０．５９１０．１５６０１０．６４３１０．６３３０．０９７０１０．６８３１０．６８３０．００８０１０．７３８１０．７３６０．０２９０１０．７８２１０．７８５－０．０２１００１０．８４１１０．８５６－０．１４㊀㊀图５为自制传感器的测试结果的变化规律曲线，从图５可看出随着污油比例增加，测量的电容值也逐步上升，根据最小二乘法进行曲线拟合，计算出拟合直线方程，作为传感器的标定曲线，用于日后测试时的参考标准㊂经过计算，拟合的线性方程为ｙ＝０．００４ｘ＋１０．４１６，置信度为Ｒ２＝０．９８９７，说明电容值与污油比例之间具有较好的线性关系㊂测试结果所显示的趋势已经明显说明了电容测量法在机油品质检测中的有效作用，可作为指导机油更换周期的依据㊂图５㊀自制传感器测量的电容变化曲线５㊀结束语本文以汽车机油使用过程中介电常数的变化为依据，设计并研制了基于数字芯片ＡＤ７７４５的电容检测传感器，电容传感器的设计采用圆柱型结构，通过单片机控制ＡＤ７７４５芯片进行电容测量，并将采集的电容和温度发送到计算机进行输出㊂通过对污油比例逐渐升高的样品进行试验测试，验证了本文所研制的电容传感器与标准仪器的测量结果具有高度的一致性，且误差均保持在ʃ０．２％以内㊂同时，传感器测量的电容值与污油比例之间具有置信度较高的线性关系，可用于量化分析机油的恶化程度，以便为汽车机油的更换标准提供可靠的指导㊂参考文献：［１］㊀刘海仓．基于介电特性的润滑油快速检测方法［Ｄ］．长沙：湖南大学，２０１１．［２］㊀黄文伟，孟凡生，李占玉．深圳市长途大巴柴油发动机油更换周期的研究［Ｊ］．润滑油，２０１１，２６（２）：２６－２９．［３］㊀蔡利民，孔力．圆筒形电容式粮食水分传感器的数学模型与影响因素分析［Ｊ］．分析仪器，２００９（１）：４９－５２．［４］㊀ＡｎａｌｏｇＤｅｖｉｃｅｓ，Ｉｎｃ．２４－ＢｉｔＣａｐａｃｉｔａｎｃｅ⁃ｔｏ⁃ＤｉｇｉｔａｌＣｏｎｖｅｒｔｅｒｗｉｔｈＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＳｅｎｓｏｒＡＤ７７４５／ＡＤ７７４６［Ｚ］，２００５．［５］㊀胡慧敏，高倩，张平川．基于ＡＲＭ的高精度动力油品含水量检测系统［Ｊ］．仪表技术与传感器，２０１５（４）：５８－６０．［６］㊀林国美，冯新泸，管亮．基于ＣＤＣ技术和虚拟仪器的液态物质相对介电常数测定仪的研制［Ｊ］．化工自动化及仪表，２０１０，３７（７）：６２－６５．［７］㊀林倩，严桂林．基于ＳＴＣ１２Ｃ５Ａ６０Ｓ２单片机的ＳＤ卡读写［Ｊ］．电子元器件应用，２０１０，１２（４）：１－３．［８］㊀任艳娜，冯志慧，闾素红．基于Ｉ２Ｃ总线的ＡＤ７７４５控制与读取方法［Ｊ］．计算机测量与控制，２０１２，２０（６）：１５４４－１５４７．（下转第８页）图７㊀传感器灵敏度响应测试场景图图８㊀传感器灵敏度响应曲线图９㊀传感器等效噪声水平４㊀结束语针对闪电磁场的特点，通过线圈和低噪声电路设计，建立磁场传感器等效噪声模型，对传感器灵敏度和噪声进行了理论分析，设计并研制了用于闪电磁场测量的宽频带㊁低噪声感应式磁场传感器㊂测试结果表明，传感器理论仿真与测试结果一致，验证了设计方法和模型㊂传感器带宽为１１００ｋＨｚ，在１０ｋＨｚ处噪声为２０ｆＴ／Ｈｚ，在１００ｋＨｚ处噪声为４ｆＴ／Ｈｚ，该传感器具备宽频带㊁低噪声特点，满足设计要求㊂参考文献：［１］㊀薛根元，冯国标，何凤翩，等．闪电监测定位系统及其应用［Ｊ］．气象科技，２００４，２３（４）：２７４－２７７．［２］㊀蓝渝．闪电电磁辐射的宽带观测及其频谱特征分析［Ｄ］．北京：中国气象科学研究院，２００９．［３］㊀高杰，林魁燃．雷电磁场探测仪器的设计与研究［Ｊ］．现代电子技术，２０１２，３５（１５）：１８９－１９１．［４］㊀周璧华，马洪亮，李皖，等．雷电电磁脉冲三维磁场测量系统研究［Ｊ］．电波科学学报，２０１３，２８（１）：３９－４４．［５］㊀王黎明，闫石，李夏喜，等．基于雷电流引发空间磁场的雷电流测量传感器线圈研制［Ｊ］．高电压技术，２０１６，４２（１１）：３３９２－３３９８．［６］㊀ＬＵＧＰ，ＦＡＮＹＦ，ＺＨＡＮＧＨＢ，ｅｔａｌ．Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｃｏｎ⁃ｔｉｎｕｉｎｇｃｈａｒｇｅｔｒａｎｓｆｅｒｉｎｒｏｃｋｅｔ⁃ｔｒｉｇｇｅｒｅｄｌｉｇｈｔｎｉｎｇｗｉｔｈｌｏｗ⁃ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｍａｇｎｅｔｉｃｓｅｎｓｏｒａｔｃｌｏｓｅｒａｎｇｅ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｔ⁃ｍｏｓｐｈｅｒｉｃａｎｄＳｏｌａｒ⁃ＴｅｒｒｅｓｔｒｉａｌＰｈｙｓｉｃｓ，２０１８，１７５：７６－８６．［７］㊀刘凯，米晓利，朱万华，等．一种用于ＴＥＭ高灵敏度感应式磁场传感器设计［Ｊ］．地球物理学报，２０１４，５７（１０）：３４８５－３４９２．［８］㊀ＳＥＲＡＮＨＣ，ＦＥＲＧＥＡＵＰ．Ａｎｏｐｔｉｍｉｚｅｄｌｏｗ⁃ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｔｈｒｅｅ⁃ａｘｉｓｓｅａｒｃｈｃｏｉｌｍａｇｎｅｔｏｍｅｔｅｒｆｏｒｓｐａｃｅｒｅｓｅａｒｃｈ［Ｊ］．ＲｅｖｉｅｗｏｆＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，２００５，７６（４）：５７－６５．作者简介：刘雷松（１９８５），助理研究员，硕士，主要研究方向为高灵敏度磁场传感器㊁低噪声放大技术㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｌｌｓ＠ｍａｉｌ．ｉｅ．ａｃ．ｃｎ朱万华（１９８２），副研究员，博士，主要研究方向为高灵敏度磁场传感器㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｗｈｚｈｕ＠ｍａｉｌ．ｉｅ．ａｃ．ｃｎ（上接第４页）［９］㊀陈涛，冶林茂，陈海波，等．插管式多层地温测量传感器设计［Ｊ］．传感器与微系统，２０１４，３３（１）：１２３－１２５．［１０］㊀何元涛，李瑞君，冯建，等．基于ＤＳＰ芯片的高精度恒温控制系统设计［Ｊ］．仪表技术与传感器，２０１７（１）：６９－７３．［１１］㊀卢海峰，江朝元，阳小光．基于串口通信的在线监测系统关键技术研究［Ｊ］．仪器仪表学报，２００６，２７（３）：２０４３－２０４４．［１２］㊀周国权，孙东振，彭获然．基于ＬａｂＶＩＥＷ平台的新型二维微位移传感器设计［Ｊ］．传感技术学报，２０１５，２８（４）：６０７－６１２．作者简介：刘岳鹏（１９９０），工程师，硕士研究生，主要从事硬件电路设计及测控系统软件开发工作㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｌｉｕｙｕｅｐｅｎｇ０４１９＠１６３．ｃｏｍ周磊（１９８２），高级工程师，博士研究生，主要从事航天发动机试验技术及设备故障诊断研究工作㊂。

基于叉指电容传感器的油品电学参数检测系统设计

基于叉指电容传感器的油品电学参数检测系统设计彭玉峰;赵丽丽;杨少歌;周军晓【摘要】食用油关系人们身体健康,现有技术不能实现快速方便检测。

提出以新型叉指电容传感器为基础,基于介电常数测量原理,采用电容数字转换芯片AD7746,利用I2 C串口协议和微控制器PIC18F452单片机进行通信,实现电容数据的采集和处理,构成一个快捷实时食用油检测系统。

首先对常见的食用油进行测量,再依次加地沟油进行测量,最后对不同煎炸时间的食用油测量其中电容变化,得出实验数据。

结果发现煎炸时间越长,油中极化分子越多,对健康影响越大。

%Edible oil quality is related to people healthy,existing technology can’t realize the convenient and fast de-tection. This paper studied on the basis of the interdigital capacitance sensor,based on the dielectric constant meas-urement principle,useing capacitance AD7746 digital conversion chip which utilizes I2 C serial interface protocol and communicates with micro controller PIC18F452 single chip, achieves capacitance data acquisition and processing,forms a shortcut edible oil detection system in real time. First of all,to measure common cooking oil,then this experiment measure illegal oil in turn. Finally,by having measured the capacitance change of cooking oil with different frying time,we’ve achieved the rapid detection of different quality cooking oil. The results found that the longer of the frying time,the more of the polarized molecules in oil,the greater the impact on health.【期刊名称】《电子器件》【年(卷),期】2014(000)002【总页数】5页(P287-291)【关键词】电子电路设计;食用油检测;叉指电容传感器;AD7746;PIC18F452【作者】彭玉峰;赵丽丽;杨少歌;周军晓【作者单位】河南师范大学物理与电子工程学院，河南新乡453000;河南师范大学物理与电子工程学院，河南新乡453000;河南师范大学物理与电子工程学院，河南新乡453000;河南师范大学物理与电子工程学院，河南新乡453000【正文语种】中文【中图分类】TS203地沟油和反复油炸使用的油都严重威胁到人们的健康，长期食用可能引发一系列疾病。

应用探针式电容传感器检测发动机润滑油品质的研究

ＡｓａｔＴｅｐｎｉｌｆｅｅｔｇｓｌａｔｌｏｔｎｎｌｂｃｔｎｏｌｂｐｌｉｇｐｎｐｏｅｃｐｃｔｃｅｓｒｉｂｔｃ：ｈｒｃｐｅｏｔｃｉｏｉｐｒｃｅｃｎｅｔｒａｉｉｙａｐｙｎｉｒｂａａｉｎｅｓｎｏｒｉｄｎｄｉｉｕｉｏａｓｔａｈａａｉｎｅｖｌｅｉｃａｇｄａｏｇｗｔｅｃａｇｆｉｌｃｒｏｓｎｅｗｅｅｔｏｐａｅｏｅｃｐｃｔｎｅｈｔｔｅｃｐｃｔｃａｕｈｎｅｎｉｔｈｎｅｏｅｅｔｃｃｎｔｔｔｅｎｔｌｆｈａａｉｃ，ａｓｌｈｈｄｉａｂｈｗｔｔａ
ｌｎｔｏｒｓｄｉｇｔｅｒｎｗｙｌｆｕｒｃｔｎｏｌａｄｐｅｉｔｇｔｅｌｅｏｎｉｅｅｔｍｅｈｄｆｔｙｎｈｅｅａｃｃｅｏｂｉａｉｉｎｒｄｃｉｈｉｆｇｎ．ｏｕｌｌｏｎｆｅ
中图分类号：Ｔ６６３文献标识码：Ａ文章编号：０５０５（０７Ｅ２．２４— １０２０）２—１１３ｄｔｈａｉｆＥｇｎｕｒａｉｎｔｄｎｔｅＤｅｅｔｔｏｏｔｅＱｕｌｙｏｎｉｅＬｂｉｔｏｔｃｏ
（．ｔｔＫｙＬｂｒｔｙｏａｕｉｇＴｃｎｌｙａｄＩｓｕｎｓＴａｊｎｖｒｔ，ｉｎｉ３０７，ｈｎ；１Ｓａｅａｏａｒｆｓｒｅｈｏｇｎｔｍｅｔ，ｉｉＵｉｓｙＴａｊ００２ＣｉａｅｏＭｅｎｏｎｒｎｎｅｉｎ２Ｄｐｒｎｆｕｍｏｉ，ｏｌｅｏｒｎｐｒｔｎＥｇｎｅｉｇＴａｊ０１１Ｃｉａ．ｅａｍｅｔｔｂｅＣｌｇｆａｓｏｔｉｎｉｒ，ｉｉ３０６，ｈｎ）ｔｏＡｏｌｅＴａｏｅｎｎｎ

车用润滑油品质快速检测技术及实现

容的电路。本文将CMOS施密特触发器与被测电容组合为多谐振荡器,通过频率的变化体现电容量的变化關。
由CMOS施密特触发器与被测电容组成的多谐振荡器电
路如图2所^,构成的多谐振荡器输入输出＜形如图3所
由图3可以看出，多谐振荡器的振荡周期-=-1+-2。采用CMOS施密特触发器时，输出高电平近似等于电源电压，输出低电平接近O,即Voh"Vcc,Vol"0o设.o为电容上的初始电压值,.1为电容最终可充电或放电达的电压值,匕为电容2时刻时的电压值。由电容的充放电公式可以计算出-1 和-2,即充电电压：
-38 -
CMYK
!"#!信•测量控制
PCB铜箔同轴式电容传感器极板相对面积不会太大，间距也不能太小，决定了其所形成的电容量较小。当同轴对
!=9,线宽为6mil(非法定计量单位,1 mil$0.025 4mm,下同)，
内环半径"1=12 mil,相临线中心距#o=2O mil,铜皮厚度8=1.4
mil时,极板相对面积S为
n
! S= 2!&, 8
%=1
n
! = 2!(&1+12(%-1))#)8
⑵
%=1
=4.6966 mm2 而空气的介电常数"="*"o=8 85O p〃mm,故根据式⑴，电容量Cx为116 pfo 2.2微小电容的测量
由章节2.1的计算可知,PCB铜箔同轴式电容传感器在
空气中的电容量仅为1OO pf数量级，由介电常数变化引起的电容量变化也较微弱,因此必须设计一种能准确测量微小电
小电容量，从而通过频率信号表征润滑油1质。通过STC89C2051单片机实现频率测量，采用LED指示灯对润滑油1质进行指

电容式传感器在液位测量中的应用研究_朱高中

（ 7）
由于电容值转换为电压值是一个极小的值，太小，情况下不易测量所以要对转换的电压信号进行放大放大滤波电路如图 5 所示，采用最基本的比例运滤波，根据公式算放大电路．要将极小值的电压放大成 5 V， U = （ R1 / R2） U0 ， R2 = 3 K， R4 = 所以选择 R1 = 500 K， R1 / / R2，后边的是一个反相器，把第一个运放得到的 R6 = R3 / / R5 。电压反相成正的，其中 R3 = R5 = 1 K，图中的低通滤波器有电阻和电容组成的 RC 低通滤波器。
根据所求高度可知，液位高度的变化与液体的介质没有任何关系，只与两极板上的电容的变化量有关，然而由于电容的变化量都是微小的变化，所以对该测量比较适用于动态的测量，被测液位的高度是经电容的变化而得到的，通过电容的变化转化为电压或者电把电压或者电流信号的变化量求出来，就可以流信号，知道电容的变化量，从而也求液位的变化，根据电压和，它们之液位的关系把液位的测量转化为电压的变化，间的关系如图 2 所示。将被测液位的电容信号通过电容电压转换电路，处理为电压信号，通过数据采集卡采集后送入单片机，最终实现算法的设计。
C2 ， d0 假设两个三角形极板的电容值分别为 C1 、 H 和 M 分别表示三角形的高为两平行板之间的距离，度和底边的宽度， ε0 表示真空中介质常数， ε1 表示为液体介电常数，待测液体的高度设为 h x ，由此可推出平行板之间的电容值为（ H － hx ） 1 1 C1 = · ε MH － 2 d0 1 2 d0 H
参考文献：［ 1］吴智．物位测量综述［ J］．仪器仪表标准化与测量， 2003 ，（ 2 ）： 37 － 40．［ 2］任开春，．工业仪涂亚庆． 20 余种液位测量方法分析［J］ 2003 ，（ 5 ）： 12 － 16．表与自动化装置，［ 3］王辉，．传感器技顾利忠．电导式液位变送器的设计［J］ 2004 ， 23 （ 6 ）： 38 － 40．术，［ 4］何奇，．计量唐得刚．浅析油罐液位检测的几种方法［J］ 2005 ， 32 （ 2 ）： 8 － 9．与测试技术，［ 5］郁有文．传感器原理及工程应用［ M］．西安：西安电子科 2009．技大学出版社，