超声波液位计

1）单臂接法 当传感器未工作时，交流电桥处于平衡状态，有：
此时，电桥输出电压U=0 。
2）差动接法 当输出为开路时，电桥空载输出电压为
f0
2
1 (C 1C 2C 0)L
C0——传感器初始电容值（F）； ⊿C——传感器电容量的变化值（F）
任务5.1 汽车油箱油位检测
2．调频测量电路
f
2
1 LC
图5-8 调频式测量电路原理框图
项目五 物位检测
知识目标：
第 二 学 习 周 检测 技术基 础知识
学习目标
了解物位检测的基本方法 掌握电容式传感器的结构、分类和工作原理 熟悉电容式传感器的基本转换电路 了解电容式传感器的典型应用 理解超声波的概念及传播特性 掌握超声波传感器的工作原理和类型
技能目标：
能够根据需要选择合适的物位传感器进行测量电路设计 学会物位测量系统的制作与调试
任务5.1 汽车油箱油位检测
知
识
பைடு நூலகம்
汽车油
分
箱油位
布 网
检测
络
相关知识 任务实施 知识拓展
电容传感器的工作原理 电容传感器的类型及特性 电容传感器的测量电路 电容传感器的测量电路 传感器选型 测量电路设计 模拟调试 电容传感器测量厚度 电容传感器测量压力 电容传感器测量加速度 电容传感器测量位移
任务5.1 汽车油箱油位检测
C0
0 r A
d0
任务5.1 汽车油箱油位检测
当动极板2移动x 值后，其电容值C 为：
CC0
C0r
A
C0
d0 x 1 x
d0
C01dx0
1dx0
2
当x<< d0 时，1-(Δd/d0）2≈1
C
C0
C0
x d0
当x/d0很小时
KdC C0 dx d
0
A
d02
任务5.1 汽车油箱油位检测
2．变面积型电容传感器
C x
C0
a
其灵敏度为
k Cb
x d
（5-7） （5-8）
任务5.1 汽车油箱油位检测
2）角位移式
当动极板有一个角位移θ时，与定极板间的有效覆盖面积就发生 改变，从而改变了两极板间的电容量。当θ=0时，则
C0
0r A0
d0
εr——介质相对介电常数；
d0——两极板间距离；
A0——两极板间初始覆盖面积。
❖5.1.3 电容传感器的测量电路
常见的电路有：交流电桥、调频电路、运算放大器电路、脉冲宽度调 制电路、双T电桥电路等。
1．交流电桥电路
电容式传感器的交流电桥测量电路可分为单臂接法和差动接法两种
C A
d
（a）单臂接法
（b）差动接法
图5-7 电容式传感器的交流电桥测量电路
任务5.1 汽车油箱油位检测
k C C0
D d
其灵敏度为：
H
h
1
任务5.1 汽车油箱油位检测
3．变介质型电容传感器
被测介质的介电常数为ε1，液面高度为
h, 变换器总高度为H，内筒外径为d，外
C21nD1h21(nHDh)21nDH2h1(n1D)C02h1(n1D)
筒内径为D，此时变换器电容值为
C0
2 H
1n
D d
dddd
项目背景
❖ 液位、料位和界位总称为物位。根据具体用途可以使用液位、料
位、界位等传感器。物位测量的目的主要是按生产工艺要求等监视、 控制被测物位的变化。物位测量结果常用绝对长度单位或百分数表示。 要求物位测量装置或系统应具有对物位进行测量、记录、报警或发出 控制信号等功能。
❖ 由于被测对象种类繁多，检测的条件和环境也有很大的差别，因而 对物位进行测量的传感器形式有许多种，简单的有直读式或直接显示 的装置；复杂的有利用通过敏感元件将物位转变为电量输出的电测仪 表，以及建立在多传感器数据融合技术和智能识别与控制基础上的检 测与控制系统。也有应用于特殊要求和测量场合的声、光、电转换原 理的传感器表等。按是否与被测介质接触又分为接触式物位传感器和 非接触式物位传感器，其应用比较广泛的代表分别是电容和超声波物 位传感器。
C0rA0d01C0C0
图5- 1 电容式油量计外形
任务5.1 汽车油箱油位检测
【相关知识】
电容传感器是将被测量（如尺寸、位移、压力等）的变化转换成电 容量变化的一种传感器。它的敏感部分就是具有可变参数的电容器。
❖ 5.1.1霍尔传感器工作原理
+
S
r
d
_
图5- 2 平板电容器
C A d
ε——电容极板间介质的介电常数， ε=ε0εr，其中ε0为真空介电常数，ε0 ＝ 8.854×10-12F/m，εr为极板间介质相对 介电常数； A——两平行板所覆盖的面积，单位m2； d——两平行板之间的距离，单位m。
变面积式电容式传感器通常分为直线位移式、角位移式两类
（a) 直线位移式
（b） 角位移式
图5-4 变面积式电容传感器结构原理图
1- 动极板 2- 定极板
任务5.1 汽车油箱油位检测
1）直线位移式
当动极板相对于定极板沿长度方向平移Δx时，则电容变化量
为 CCC00r( dxa)b
（5-6）
式中C0=ε0εr ba/d为初始电容。电容相对变化量为
【任务描述】
传统的机械式汽车油位传感器存在精 度低、稳定性不高、使用寿命短、使用 环境存在局限等问题，导致汽车的使用 成本相应增加。为了克服并改善传统汽 车油位传感器存在的局限性，电容式液 位传感器克服了传统油位传感器存在的 上述缺点，而且在精度、稳定性等指标 上有了质的飞跃，并具有数据精度高、 稳定性强、使用寿命长等优点。
调频振荡器的振荡频率为
f2(C1C21C0C)Lf0f
L——振荡回路的电感； C——振荡回路的总电容，C=C1+C2+Cx，其中C1为振荡回路固有电容， C2为传感器引线分布电容, Cx=C0±ΔC为传感器的电容。
d
ε——空气介电常数； C0——由变换器的基本尺寸决定的初始电容值
图5- 5电容式液位计结构原理图
任务5.1 汽车油箱油位检测
4．差动电容传感器
C1 C x
C2
C3
（a) 变极距式差动电容器 （b) 旋转形差动电容器 （c) 圆柱形差动电容器 图5-6 差动型电容传感器结构示意图
任务5.1 汽车油箱油位检测
任务5.1 汽车油箱油位检测
❖5.1.2 电容传感器的类型及特性
根据电容传感器的工作原理，电容传感器可分为变极距型、变面积 型和变介质型三种类型。
1．变极距型电容传感器
当传感器的εr和A为常数，初始极距 为d0时 ，其初始电容量C0为 ：
（a) 结构示意图 （b) C—d特性曲线 图5-3变极距型电容式传感器 1—动极板 2—定极板