电容式蓄电池液位计设计
基于充放电原理的电容式液位传感器测量电路的设计
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。
电容式液位检测的电路方案和详解
电容式液位检测电路方案和详解液体填充在极板之间，等效形成电容，液面浸没的多少会改变电容大小，从而间接反映液位的高低。
图1在测量的导体上我们使用的是吸液探针。
探针是一个空心的导体，具有一定的电容量，当探针接触到液体表面的瞬间，探针对地的电容会突然增加。
通过对电容数值变化检测就可以得知探针是否接触到页面。
图22.信号处理电路图3 液面检测原理图电路总共分为6部分1.方波发生电路2.高通滤波电路3.整流电路4.低通滤波电路5.电压比较器6.电平转换电路3.工作原理由液面检测原理可知，当探针碰到水面的瞬间，输入电容量会发生变化。
NE555产生一个方波，输入电压跟随器的波形为具有一定直流偏置的方波信号，当探针接触的时候，电容瞬间增大改变了方波信号的幅度并由于RC延迟变成了三角波，TEST1端信号变化如图。
图4 TEST1信号变化信号经过精密整流之后变成只有正电压信号，TEST2端信号变化如图。
图5 TEST2信号变化直流信号通过低通滤波器输入到电压比较器；电压跟随器的正向输入端连接一个数值较大的电容10uF。
在电容未发生变化的之前，正相输入端的电压永远大于反向输入端的电压，比较器的输出+5V，三极管导通，输入单片机信号为低。
当探针接触到液体表面的时候由于其幅值发生较大变化，输入正相输入端的电压突然减小而由于电容两端的电压不能发生突变，导致反向输入端电压高于正相输入端，此时比较器输出为-5V，三极管截止，输入单片机信号为高，TEST3端信号变化如图。
图6 TEST3信号变化但由于电容存储的电荷有限，经过一段时间正相输入端的电压将再次超过反向输入端，所以在接触液体的瞬间可观察到指示灯闪烁一下就立即熄灭。
通过设置单片机电平捕获便可判断探针是否接触到水面。
4．总结以上的思路只是针对液面进行，也就是说探针一接触到液面就会有信号，但无法检测探针进入液体的深度。
不过我们可以对电路进行改造，将比较器电路和电平转换电路去电，然后信号直接接到单片机的ADC引脚上，便可识别进入液面的深度。
E+H FEC12电容式液位计
ＨＯＭＥ
图７： ＨＡＲＴ手操器的菜单结构
7
(Note!) (Note!)
复位（出厂设置）
线性化模式选择
４ 物位测量的标定
本章节主要涉及电子插件将电容值转换成物位或体积的一些基本设定 测量结果在显示单元 （表头或手操器）上显示出来 电子插件能通过两种途径进行基本设定： ＊ 利用电子插件上操作钮进行现场设定 ＊ 通过手操器进行 可利用操作按钮实现电子插件的基本设定 然后再用手操器对某些设定项进行更改（提示： 此 时电子插件必须处于非锁定状态）
按钮
带有简易使用说明的盖板
线性化模式 选择开关
按钮
开关 按钮
ＦＥＣ１２
绿灯指示 标定正确
４ ２０ｍＡ
与安培 计连接
左侧开关用来选择是用手操器遥控还是在现场用ＦＥＣ１２电子插件上操作钮进行线性化标 定 利用ＦＥＣ１２操作钮进行线性化标定时，利用右侧开关启用已储存在电子插件中的某一线性化 模式（分别针对立式料罐或卧式料罐）
在标定ＦＥＣ１２电子插件时，以下操作步骤始终贯穿于整个手操器使用过程中，不再作单独重复
说明
＊第一步：
用＂ ＂键从＂ＭＡＴＲＩＸ ＧＲＯＵＰ Ｓ Ｅ Ｌ ＂ 中 进 入 下 一 级 菜 单
＊结束步：
用Ｆ３［ＨＯＭＥ］返回到＂Ｏｎｌｉｎｅ＂菜单
３．３ ＨＡＲＴ菜单结构
ＦＥＣ１２的所有参数都能用手操器菜单中某单项进行设置，下图乃对应ＦＥＣ１２电子插件的
2
１ 引言
１．１ 应用
ＦＥＣ１２电子插件乃是一种电容式物位测量系统的变送器 它把由物位变 化而产生的电容变化量按比例转换成电流量 对立式园柱形料仓，其物位 位或质量（体积）可以百分比的形式显示出来 若配用手操器，则可以一定 工程单位进行显示 对卧式料罐，启用已储存的线性化曲线也能测量物料 体积
基于电容和电桥的液位测量仪设计
谢艳 丁，等 ：基 于电容和电桥的液位测量仪设计
３９
１／（２￣ｆ），Ｒ。、Ｃｏ与二 极管构成 峰值检 波器．２０００ｍＶ
电压 表 连 接 到 Ｃ、ｄ两 点 ．在 油 液 高度 ｈ＝０时 ，
通 过 调 节 电 位 器 、 和 可 调 电 容 Ｃ２，使 得
ｃ、ｄ两 点 电压 为 ０，电桥 达 到平 衡 ．
（８）
由此 可 知 ，在 ２７ｔｆＣｌＲ１、２￣ｆＣ２Ｒ２较 小 （小 于 １０ ）
的 情 况 下 ，Ｃ、ｄ间 电压 与 液 位 高 度 ｈ是 近 似 线性 关 系 ，其 值大 小 反 映 液 面的 高度 ．
２ 液位测量仪测试及应用
图 ２ 液位测 量 电路
随 着 油 液 的 高 度 ｈ变 化 引 起 Ｃ 改 变 ，破 坏
：
２
一
＝
ＣｉＲ１
一
Ｃ２Ｒ ２
Ｒ：） ）…］ （１＋（２ ２Ｒ２） ）…
（５）
由 以 上 的 给 定 参 数 可 知 ２ Ｒ１、２￣ｆＣ２Ｒ 数 量
级 为 １０～ ，因此 ，将 式 （２）代 人 式 （５），在 ｈ＝０处 对 式 （５）进 行 泰 勒 级数 展 开 ，并 忽 略高 阶项 ，得
面 高度 高 于 上 限值 或 低 于下 限值 时 ，系统 给 出声 光 告警 ，以便 控 制液 位 高度 ．
３ 结束语
由表 ２可知 ，液 面 高 度 每 增 加 ０．１０ ｃｍ ，电 压 均 有 明显 变 化 ． 液 位 测 量 仪 精 度 主要 受 制 于 液 面 标 定用 的刻 度 尺 ，因此 液位 测 量 仪 精度 应 高 于
厂————１一 ～ ］
Ｃ １丰
电容式液位计
电容式液位计电容法液位测量原理为探极线与导电液体构成一电容器，其中探极线的金属内芯为电容的一极，导电液体为电容的另一极，中间为高稳定性的PPR或聚氟乙烯，即探极线的绝缘体外层作为两级之间的介质，随着液位的变化，液体包围探极线的面积随之改变，使构成电容器两极的相对面积改变，导致电容的变化，根据同心筒状电容的公式可写出液体高度与电容的关系、电容液位计原理电容法液位测量原理为探极线与导电液体构成一电容器，其中探极线的金属内芯为电容的一极，导电液体为电容的另一极，中间为高稳定性的PPR或聚氟乙烯，即探极线的绝缘体外层作为两级之间的介质，随着液位的变化，液体包围探极线的面积随之改变，使构成电容器两极的相对面积改变，导致电容的变化，根据同心筒状电容的公式可写出液体髙度与电容的关系，电容器的电容受三个因素的影响：①各个电极面之间的距离②各电极面的大小③电极面之间介质的介电常数因Co、£和D/d为固定常说，所以：C二KH,即电容量只与液体浸没探极的高度（电容极板的相对面积）成正比。
电容液位计参数测量范围：0、2-20米精度：0、5级；1、0级测量介质：电导率^10-3s/m的酸、碱、盐、水等非结晶导电液体及有机溶剂环境温度：-401-60£介质温度：-50°C-200°C供电电源：12、5-30VDC输出信号：4-20mA量程及零点调节范围：230%FS安装尺寸：M201、5、M272、法兰式、悬挂式容器压力：-0、05MPa〜32 MPa电容液位计特点1、结构简单：无任何可动弹性零部件，因此可靠性相对较高，维护量极少，一般情况下，不必进行常规的大中小修。
2、安装方便：内装式结构尤其显示出这一特点，一个人，一把扳手，几分钟即可装好。
3、调整方便：零位、量程两个电位器可在液位检测有效范围内任意进行零点迁移或量程的压缩或扩展。
4、液位检测基本不受工艺条件变化的影响。
而浮力式、差压式、同位素式液位计在检测中都与介质的重度有关，气液相介质的重度变化都会使检测结果产生附加误差。
电容式液位电路
电容式液位传感器检测电路的设计摘要设计一种能快速测量水波浪的水位传感器。
通过对不同半径电极下传感器输出电容与对应液位的实验数据分析，发现传感器灵敏度随电极半径的增加而近似成线性提高，同时，发现传感器灵敏度与液位下降速度相关。
关键词:电容式传感器；电极；液位；液位传感器目录第1章绪论1.1 传感器概述1.1.1 传感器的定义 (1)1.1.1 传感器的分类 (1)1.1.3 传感器的基本特性 (2)1.1.4 传感器的发展方向 (2)1.2 国内外液位传感器的发展现状 (2)1.3 设计要求1.3.1 设计任务 (4)1.3.2 设计要求 (4)第2章传感器设计结构2.1 电容传感器测量原理简介及水位传感器结构的确定2.1.1 平行板电容传感器 (6)2.1.2 圆筒型电容传感器 (7)2.1.3 电极型电容传感器 (8)2.1.4 电容式传感器形式的确定 (8)2.2 结构参数设计2.2.1 电容值的估算 (9)2.2.2 电极挂水对测量精度的影响 (11)2.2.3 传感器形式的最终确定 (12)第三章检测电路的设计3.1 电容测量电路的设计3.1.1 检测电路 (13)3.1.2 电容充电规律 (15)3.2 由单片机采样转换电路的设计3.2.1 单片机电路 (16)3.2.2 复位电路 (18)3.2.3 A/D转换电路 (19)3.3 放大电路的设计3.3.1 放大电路的设计 (19)3.4 程序设计 (21)第4章实验数据的分析4．1稳定性实验及分析4．1．1稳定性实验测试方法 (22)4．1．2实验数据分析 (22)4．2 线性实验及分析 (23)4．2．1线性实验测试方法 (23)4．2．2实验数据分析 (24)4．3温度对介电常数（水）影响的实验及分析4．3．1水位传感器温度特性实验测试方法 (27)4．3．2实验数据分析 (27)第5章温度补偿和非线性补偿的原理和方法5．1温度补偿的原理 (32)5．2非线性补偿的方法 (33)结论 (35)谢辞 (36)参考文献 (37)参考资料：/bydesign/articles/moban/lw_detail.asp?lwid=6762&leibie=2/prodetail-2370264.html/view/4d3213c34028915f804dc20f.html。
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。
烟台开发区吉友电气电容式液位计说明书
烟台开发区吉友电气电容式液位计说明书
1、电容式液位变送器外壳防水性能较差，应采取防水措施，同时应防止外壳的硬性损伤，以及防止损伤探极绝缘外皮，以免造成绝缘下降。
绝缘外皮损坏的探极可拆下，用防水的万能胶封好破损部位，经测量探极与水之间的绝缘电阻应大于5MQ，否则应予以更换。
2、智能控制器的工作电源电压范围为180-250V，如电压波动可能超出此范围，应考虑增设稳压电源。
3、设备投入使用后，要定期检测（一般六个月一次），检测内容分别为:金属探极与水之间的绝缘电阻应大于5MQ（测量时必须断开探极与变送器的连接线），否则，应更换金属探极:实际水位与显示水位是否一致，若相差太大（0.1m以上），应进行调试处理。
4、首先清洗探极清除所有的杂物，用擦机布擦拭干净。
然后再检查是否符合要求，如果仍然不符合要求，可能是由于电容式液位变送器工作点漂移造成的，应对变送器工作点进行调试，直到满足要求为止:检查控制器工作是否正常，动作值有无变化，如动作值发生变化，应检查设定值，如果设定值正常，说明控制器损坏，需要更换控制器。
智能电容液位计的工作原理及技术特点
智能电容液位计的工作原理及技术特点1、工作原理电容式液位计原理：利用液位变化与其对测量探极产生的电容变化之间的关系，运用专用模式系统软件将检测的电容变化经各种补偿计算后，输出与物位变化成正比的两线制4~20mA模拟电流。
不受汽包温压变化的直接影响，被测介质介电常数变化的补偿采用独特的专利补偿技术，不存在“假水位”测量问题。
计算表达式：C=KS/d。
C是电容值；K是介质的介电常数（工况恒定时定量）；S是板面积（定量）；d是板间距（定量）。
可以看出，电容值变化只与充满介质的高度有关，测得液位值。
智能电容式测量装置采用一种三段探级的结构。
其中1号探极因所处位置始终充满蒸汽没有水，因此1号电容探极的电容值测量变化量直接可以表达蒸汽的介电常数变化。
2号探极正常有水探测时，3号探极是全充满水的，因此3号电容探极的电容值测量变化可以表达水的介电常数变化。
最后在2号测量区电容探极内，观察构成k测的k汽、k水虽然是动态变化值，但1号电容器、3号电容器把k汽、k水的具体数值实时更新出来，则测量区电容表达式中就只剩下一个高度数值可以轻易计算得出，从而实现了全工况条件正常测量技术。
2、技术特点智能电容式液位计特点：合理简单的连通器取样结构，可以保证水位取样真实、准确，如敷以高质量的保温层，可以高质量地保证测量筒与锅炉本体的温压一致性。
综合系统测量误差控制在毫米级，接近真值，可实现全工况生产运行的自动补水和带保护；一体化设计，安装、调试简易，维护方便，使用寿命长测量筒整体敷设高质量保温层，散热量极小，散热损失折合的使用成本相对极低。
（1）具有全工况起、停、排污等条件下液位精确测控功能。
（2）模块化结构设计，连续测控技术，能够对测量系统的温度漂移进行自动补偿，全温度范围测量系统温漂不超过0.1pF。
（3）能够对液相介质介电常数变化、汽相介质介电常数变化同时进行自动补偿，无需现场标定。
（4）高可靠、高稳定，不存在“假水位”测量情况。
电容式液位计(课件)
概述
它可测量强腐蚀型介质的液位，测量高温介质的液位， 测量密封容器的液位，与介质的粘度、密度、工作压力无 关。
2021年7月3日1时49
原理
电容式液位计是采用测量电容的变化来测量液面的高 低的。它是一根金属棒插入盛液容器内，金属棒作为电容 的一个极，容器壁作为电容的另一极。两电极间的介质即 为液体及其上面的气体。由于液体的介电常数ε1和液面 上的介电常数ε2 不同，比如：ε1>ε2，则当液位升高 时，电容式液位计两电极间总的介电常数值随之加大因而 电容量增大。反之当液位下降，ε值减小，电容量也减小。 所以，电容式液位计可通过两电极间的电容量的变化来测 量液位的高低。
放回传感器，根据h1/h=(I1-4)/16计算I1值，其中I1为 液面高度为h1时的电流输出。调整传感器零点电位器，使 输出电流为I1值。至此标定结束。
2021年7月3日1时49
结论
电容式液位计适用于各种导电、非导电液体的液位或 粘性料位的远距离连续测量和指示，也可以和其它电动仪 表配套使用，以实现液位或料位的自动记录、调节和控制。 其亦可用于导电和非导电液体之间及二种介电常数不同的 非导电液体之间的界面测量。电容物位计合理的选型与正 确的接地是其实现准确测量以及安全运行的前提。
2021年7月3日1时49
原理
电容式液位计的灵敏度主要取决于两种介电常数的差 值，而且，只有ε1和ε2的恒定才能保证液位测量准确， 因被测介质具有导电性，所以金属棒电极都有绝缘层覆盖。 电容液位计体积小，容易实现远传和调节，适用于具有腐 蚀性和高压的介质的液位测量。
电容式物位计由电容式物位传感器和检测电容的线路 组成。其基本工作原理是电容式物位传感器把物位转换为 电容量的变化，然后再用测量电容量的方法求知物位数值。
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。
电容式液位计原理
(二)非导体液体电容传感器
非导电液体，不要求电极表面绝缘，可以用裸电
极作内电极，外套以开有液体流通孔的金属外电极，通 过绝缘环装配成电容传感器。
C0
2π 0 L
ln(D0 / d )
CH
2π0 p H
ln(D / d )
2π0 (L H )
ln(D0 / d )
CX CH C0
2π0 ( p 1) H
由图可知当液位由零变化到H时，电容传感器的 电容变化量CX为
CX
CH
C0Biblioteka 2π H ln(D / d )
2π0 (L H ) 2π0L
ln(D0 / d ) ln(D0 / d )
2π( 0 ) H
ln(D / d )
2π H SH
ln(D / d )
式中ε为绝缘套管或陶瓷涂层的介电 系数； ε0’为绝缘套管和空气共同组 成电容的等效介电系数；S为传感器 灵敏度系数。
ln(D / d )
SH
1-内电极；2-外电极； 3-绝缘环
(三)粉粒状物料电容传感器
在测量粉粒状非 导电介质如矿石、合金、 石灰、干燥水泥、粮食 等的料位，是长期困扰 的难题，至今还没有一 个准确可靠的测量方法。
电容式料位计原理 (a)金属料仓； (b)水泥料仓 1-内电极;2-金属容器壁电极; 3-钢丝绳内电极;4-钢筋;5-绝缘体
电容物位传感器
(一)导电液体电容传感器 水、酸、碱、盐及各种水溶液
等导电液体电容液位传感器一般用直 径为d的不锈钢或紫铜棒做电极，外 套聚四氟乙烯塑料绝缘管或涂以搪瓷 绝缘，如图。电容传感器插在直径为 D0容器内的液体中， 通过检测传感器 电容变化量即可知液位的高低。
电容式液位计原理
电容式液位计原理电容式液位计是一种常用的液位测量仪器，它基于电容原理来实现液位的准确测量。
本文将介绍电容式液位计的工作原理、组成结构以及应用领域。
一、工作原理电容式液位计利用液体与电极之间的电容变化来测量液位。
在液位计中，通常有两个电极，一个作为传感电极，另一个作为参考电极。
当液体接触到传感电极时，液体和电极之间形成一个电容。
随着液位的变化，电容值也会发生相应的变化。
通过测量电容值的变化，可以准确地确定液位的高低。
二、组成结构1. 传感电极：传感电极是电容式液位计中最重要的组成部分。
它通常是由金属或导电材料制成，具有良好的导电性能。
传感电极的长度可以根据实际需求进行调整，以适应不同液位的测量。
2. 参考电极：参考电极与传感电极相对而设，用于提供一个固定的电容参考值。
通常情况下，参考电极与传感电极之间没有物质存在，以保持一个恒定的电容值。
3. 电容测量电路：电容测量电路是电容式液位计的核心部分。
它通过测量电容值的变化来获取液位的信息。
电容测量电路通常由电容传感器、放大器、滤波器和模数转换器等组成。
4. 显示和控制部分：电容式液位计还需要一个显示和控制部分，用于将测量到的液位信息转化为可视化的结果，并进行相应的控制操作。
显示和控制部分通常由数字显示器、控制器和输出接口组成。
三、应用领域电容式液位计具有精度高、稳定性好、适应性强等优点，因此在工业生产和实验室中得到广泛应用。
1. 石油化工行业：电容式液位计可用于石油储罐、化工反应釜、分离器等设备中的液位测量，确保生产过程的安全运行。
2. 食品和饮料行业：电容式液位计可用于食品和饮料生产中的液体储存和输送系统中，确保生产过程的卫生和可靠性。
3. 污水处理行业：电容式液位计可用于污水处理设备中的液位监测，及时掌握污水处理的情况，避免环境污染。
4. 医疗行业：电容式液位计可用于医疗设备中的液体输送和储存系统中，确保药液的准确输送和控制。
电容式液位计是一种可靠、精确的液位测量仪器，广泛应用于各个行业的液位监测和控制中。
电容式液位计
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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××"。
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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”。
电容式液位传感器设计
目录第1章摘要 (2)第2章引言 (3)第3章电容式液位传感器结构与测量原理 (4)3.1电容式液位传感器的结构 (4)3.2电容式液位传感器的工作原理 (6)第4章测量电路设计 (9)4.1测量电路 (9)4.2整流电路 (13)4.3放大电路 (13)第5章误差分析 (14)5.1机械结构参数的影响 (14)5.2测量电路的影响 (15)第6章结论 (15)心得体会 (15)参考文献 (16)第1章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。
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。
其中电容极板设计时需注意消除和减小边缘效应和寄生电容的影响，同时要保证平板电容良好的绝缘性能和抗外界干扰性。
最后在整体设计和理论分析的基础之上，从硬件各部分进行具体的设计，包括硬件电路和各环节的信号量匹配等。
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。
电容式物位计课程设计
电容式物位计课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解电容式物位计的工作原理，掌握其关键组成部分及功能。
2. 学生能够描述电容式物位计在工业生产中的应用，了解其在自动化控制中的重要性。
3. 学生掌握影响电容式物位计测量精度的因素，并能解释相关物理现象。
技能目标：1. 学生能够运用所学知识，正确操作电容式物位计进行物位测量。
2. 学生能够分析电容式物位计的测量数据，判断测量结果的准确性。
3. 学生具备一定的故障排查能力，能够针对电容式物位计的常见故障进行诊断和维修。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对自动化仪表设备的兴趣，激发其学习热情。
2. 增强学生的团队协作意识，培养他们在实际操作中相互配合、共同解决问题的能力。
3. 培养学生严谨的科学态度，使其在学习和实践中遵循客观规律，遵循安全生产规程。
课程性质：本课程属于实践性较强的学科，结合理论知识和实际操作，培养学生的动手能力和实际问题解决能力。
学生特点：高中生具备一定的物理知识和实验操作能力，对新鲜事物充满好奇，但实践经验不足。
教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，强调操作规范，提高学生的实际操作能力，培养他们分析问题和解决问题的能力。
通过课程目标的具体分解，使学生在学习过程中逐步达到预期的学习成果，为后续的教学设计和评估提供明确依据。
二、教学内容1. 电容式物位计基本原理：讲解电容式物位计的工作原理，包括电容器的构造、电容与距离的关系，以及物位变化对电容值的影响。
2. 电容式物位计结构及功能：介绍电容式物位计的各组成部分，如传感器、变送器、显示仪表等，并阐述各部分的功能。
3. 电容式物位计的应用：分析电容式物位计在化工、食品、水利等行业中的应用实例，以及其优势与局限性。
4. 影响测量精度的因素：探讨物料特性、环境条件、传感器安装等因素对电容式物位计测量精度的影响。
5. 电容式物位计的操作与维护：讲解电容式物位计的正确操作方法、维护保养技巧以及故障排查流程。
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电容式 蓄电池液 位计采用 电容测量 原理 ，敏感元 件 主 要 由内极板 、绝缘套 、屏蔽管构成 。敏感元件 垂直于液面插 入 电解液 ，插入 深度 为 日，如图 １所示 。
图 中， 为 内极 板 直 径 ，ｃｍ； 为 绝 缘 套 外 径 ，ｃｍ； 为屏蔽管 内径 ，ａｍ； 为测量 区长度 ，ｃｍ，量程 由 决定 。
绝缘套
内极板引线 安装 区 测 量 区
闰 １ 测 量 原 理 不 惹
屏蔽管与 电解液是 电导 通 ，可 看作 一体 。安装 区 的 内极 板 与屏蔽管构成 寄生 电容 Ｃ ，内极板底 面与 电解液构成 寄生 电容 Ｃ ，Ｃ ，Ｃ 为 常 数 。内 极 板 柱 面 与 电解 液 构 成 电 容 。， ＣＨ（ｐＦ）
１１２
传 感 器 与 微 系 统
第 ３７卷
？ 麓
（２）
式 中 为空气 的相 对介 电常数 。 敏感元件简化前 等效 电路如 图 ２（ａ）所 示 。
屏蔽 管
板 引线 屏
板 引 线
（ａ）简 化 前 等 效 电 路
ＣＨ
（ｂ）简 化 后 等 效 电 路
令总寄生 电容为 ，则 Ｃｏ＝Ｃ１＋Ｃ２ 由于 Ｃ ，Ｃ２均为常数 ，则 Ｃｏ亦 为常数。 令测量 区未插入 电解 液部分总 电容 为 Ｃ ，有
２０１８年 第 ３ｄｕｃｅｒ ａｎｄ Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ）
ｔ １ １
ＤＯＩ：１０．１３８７３／Ｊ．１０００－９７８７（２ｏ１８）０７－０１１１－－０３
电容 式 蓄 电池 液 位 计 设 计
陈 勇 ，郭耀 境 ，刘 焱 ，邓从 杰 ，荆 志彬 ，孙 海雁
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ ｂａｔｔｅｒｙ ｌｉｑｕｉｄ ｌｅｖｅｌ ｍ ｅｔｅｒ
ＣＨＥＮ Ｙｏｎｇ，ＧＵＯ Ｙａｏ－ｊｉｎｇ，ＬＩＵ Ｙａｎ，ＤＥＮＧ Ｃｏｎｇ－ｊｉｅ，ＪＩＮＧ Ｚｈｉ—ｂｉｎ，ＳＵＮ Ｈａｉ－ｙａｎ （Ｔｈｅ ４９ｔｈ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｃｈｉｎａ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｈａｒｂｉｎ １５０００１，Ｃｈ ｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ａｉｍｉｎｇ ａｔ ｐｒｏｂｌｅｍ ｔｈａｔ ｔｈｅｒｅ ｉｓ ｎｏ ａｐｐｒｏｐｒ ｉａｔｅ ｐｏｒｔａｂｌｅ ｔｏｏｌ ｔｏ ｍｅａｓｕｒｅ ｌｉｑｕｉｄ ｌｅｖｅｌ ｏｆ ｂａｔｔｅｒｙ，ａ ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ ｌｉｑｕｉｄ ｌｅｖｅｌ ｍｅｔｅｒ ｏｆ ｂａｔｔｅｒｙ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｏｒ ｐｒ ｉｎｃｉｐｌｅ．Ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆ ｐｒｏｄｕｃｔ ｉｓ ｅｎｈａｎｃｅｄ ｂｙ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｍ ｐｅｎｓａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ ｌｉｑｕｉｄ ｌｅｖｅｌ ｍ ｅｔｅｒ ｏｆ ｂａｔｔｅｒ ｙ ａＦｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌｓ．Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔＪ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ａｅｅｕＴａｃｙ ｏｆ ｔｂｅ ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ ｂａｔｔｅｒｙ ］ｉｑｎｉｄ ｌｅｖｅｌ ｍｅｔｅｒ ｉｓ ｐｒｉｏｒ ｔｏ ±３ ｍ ｍ ．ｗｈｉｃｈ ｍ ｅｅｔｓ ｒｅｑｕｉｒｅｍ ｅｎｔｓ ｏｆ ｕｓｉｎｇ． Ｋ ｅｙｗ ｏｒｄｓ： ｌｉｑｕｉｄ ｌｅｖｅｌ； ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ；ｃａｐａｃｉｔｏｒ；ｍｏｎｏｓｔａｂｌｅ ｔｒ ｉｇｇｅｒ； ｍｕｌｔｉ—ｈａｒｍｏｎｉｃ ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ
（中 国 电 子 科 技 集 团公 司 第 四 十 九 研 究 所 ，黑 龙 江 哈 尔 滨 １５０００１）
摘 要 ：针对蓄 电池液位测量 缺少合适 的便 携式工 具 的问题 ，利用 电容 原理 ，设计 了 电容式 蓄 电池液 位 计 ；通 过温 度补偿 ，提高 了产品的准确度 。详细介绍 了电容式蓄 电池液位计 的工作原理与设计方法 。实 验 结果表 明：电容式蓄 电池液位计 的准确 度优 于 ±３ ｍｍ，满足使 用要求。 关键词 ：液位 ；电解液 ；电容器 ；单稳态触 发器 ；多谐振 荡器 中 图分 类 号 ：ＴＰ２１２ 文献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１０００－ ９７８７（２０１８）０７－ ０ １１１－ ０３
（３）
Ｃ ： ＋
５ Ｃ３ Ｃ
（４）
简化后等效 电路 如图 ２（ｂ）所示 。令敏 感元 件 总 电容
０ 引 言 富液式 蓄电池作 为大中型能量存储设备 ，可为船舶 、机
车 、电力 、通信 等设备 提供能源 。电解液液位直接影 响蓄 电 池 的存储 能量和工作安 全 ：液位过 高 ，液体容 易溢 出 ，腐 蚀 其他物体 、引起接线端 子问短 路等 ；液位 过低 ，极板 露 出液 面 ，存储能量减少 、降低 蓄 电池 寿命 。其 中 ，酸性 蓄 电池 电 解 液为硫酸 （Ｈ ＳＯ ）水溶 液… ，碱 性 蓄电池 电解 液为 氢氧 化 钾（ＫＯＨ）和氢氧化钠 （ＮａＯＨ） 。 目前 ，测 量 蓄 电池液 位 的方 法主要是浮球法 ，该方 法是安装式的 ，并且 只能测量 液位的最高点和最低点 ，无法随身携带 ，亦无 法连续测量液 位信号 。
ｃ ＝
１．８ ｉｎ
（１）
式 中 ｓ 为绝缘套 的相对介 电常数 。 测 量 区未 插 入 电解 液 部 分 ，内极 板 与 屏 蔽 管 构 成 电容 ，
电介质有空气 、绝缘套两种 ，空气部分 的电容为 （ｐＦ），绝 缘套部分 的电容为 Ｃ （ｐＦ）。
收 稿 日期 ：２０１８－０４－２３