电容式液位传感器教学提纲

电容式液位传感器

电容式水位显示器的设计与制作

1.实验目的

能在设计与制作实验的过程中，结合所学理论知识，进行电子应用电路的设计、组装与调试，以此来掌握使用电容式传感器，模拟和数字分立元器件设计一个电容式水位显示器的方法和实践技能，为以后从事生产和科研工作打下一定的基础。

2.设计方案

本设计制作实验要求用电容传感器，设计并制作一个电容式水位显示器，对水位可以按高，中，低三档进行检测，并对每种水位，给出对应的LED，进行显示。

通过电容传感器，将水位值的变化转换为电容值的变化，再使用频压转换器，将电容值的变化转换为方波信号频率的变化，利用频压转换器的频率与电压对应关系，将电容值变化与电压值变化联系起来，最后显示。设计流程图如图2.1所示

图2.1 电容式水位显示器组成框图

3.实验原理

3.1脉冲电路

将电容传感器作为振荡电路的电容，通过经典的555定时器多谐振荡，将电容值的变换转换成正弦波频率的变换。。555定时器电路如图3.1所示。

图3.1 555定时器构成的多谐振荡器

分析：C2为电容传感器的等效电容，通过改变C2的大小可以明显改变示波器中方波的频率。

3.2 频压转换电路

采用KA331经典频压转换电路（电路仿真中LM331与KA331基本相同），实现信号频率值到电压值的变化。频压转换电路如图3.2所示。

图3.2 频压转换电路

频率电压对应关系：i t t S

L o f C R R R 09

.2V 4.实验过程记录

4.1实验现象与分析

实物连接图见附录，将电容传感器与对应的普通导线悬于空中，KA331的电压输出为3.6V左右，慢慢浸没入水瓶中，输出电压开始缓慢下降，直至电容传感器触碰水瓶底部，电压下降至2.8V左右，在电压输出后附加电压比较电路，将2.8V至3.6V划分为3个区段，分别驱动不同颜色的LED灯即可。

从3.6V下降至2.8V的下降程度并不显著，调整KA331的输出取样电阻的阻值后，输出电压的变化率有明显变动，可以减小电阻值，使得变化更为显著，方便对不同电压进行进行分辨，驱动不同档位的LED小灯。

4.2调试问题

1）由于电容传感器与普通导线的相对位置不固定，且都有一定程度的弯曲，使得555输出的方波脉冲的频率处于跳变中，没有接固定电容稳定，并联一个固定电容可将频率跳变减弱，使之处于比较稳定的频率值，由于此次实验没有合适的小电容，并联大电容会导致电容传感器浸没入水中后，方波脉冲频率变化不明显，无法满足设计要求；

2）KA331输出的电压值课通过改变输出1号引脚接地电阻和2号引脚的可变电阻进行调整，使得方波的频率与对应的电压输出值满足比较良好的线性关系，但本次实验只要求分辨3种不同水位的高低情况，故调节至有明显电压变化即可，不用调出比较良好的对应关系式，若需要精确输出可以再此进行调节。

5.实验小结

通过本次电子线路设计，使我们复习了已经学习的555构成的多谐振荡电路，并加以动手操作实现，巩固了已有知识，还自行查找KA331的芯片资料，对其中的典型频压转换电路进行分析学习，从中验证了很多学习中的理论知识，在实际实物制作中，更加体现了一些电容、电阻等元件参数的选择与比例分配，并在调试电路中得到老师的指导，学习到一些调试电路的基本技巧，加强了自我的动手能力，在制作实物过程中与同学的探讨，更加深了一些知识的印象和理解，对原有的以及新学习的知识有了更为清晰的理解，积累了一点点经验，为以后从事生产和科研工作打下一定的基础。