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”。

7. 页眉页脚设置
页眉：奇数页书写“华东交通大学课程设计”，用宋体小五号书写；
偶数页书写“学生姓名：课程设计的题目”，用宋体小五号书写。

页脚：页码居右，用Times New Roman字体小五号书写。

《传感器》课程设计任务书
一、总要求
能够独立进行小型检测模块系统方案的设计及论证，选择合理的传感器、设计必要的接口电路等，以及合理选择有关元器件及正确使用相关工具与仪器设备等，并且能结合实际调试与实验进行有关精度分析与讨论。

二、总任务
针对总要求进行原理及方案论证、模块设计、接口电路设计、焊接或插接与调试、精度分析以及撰写报告等工作。

三、设计题目
电容式液位计的设计
四、设计内容
（1）要求量程范围0.5~12米；
（2）侧重于理论分析与电路设计，要求给出详细的计算过程；
（3）分析所设计传感器的各项性能指标。

五设计进度或计划
1、准备及查阅资料一天
2、方案设计及论证（总体方案）二天
3、硬件电路设计、画图（PROTEL）三天
4、实验室调试及结果分析二天
5、整理报告及准备答辩二天
六设计说明书包括的主要内容
1、封面
2、目录
3、设计任务书
4、正文（可按下列内容撰写、仅供参考）
1）序言
可包括系统工作原理的介绍等。

2）方案设计及论证
可按模块进行方案设计与论证；
各模块设计中应包括适当的精度分析及选型等。

3）实验或系统调试
可包括实验调试工具仪器、实验结果及适当的分析等。

4）心得体会
5）主要参考文献
另：说明书的撰写格式应符合一定的要求，可参照华东交通大学本科生毕业论文撰写规范进行。

七、考核方法
考核可根据学生平时学习态度（含出勤率）20%、设计完成情况（样机）40%、图纸及说明书质量（含答辩）40%确定。

一．序言
液位测量技术在工程领域有着极为广泛的应用，随着生产过程自动化程度的不断提高
和计算机的普及，人们对液位测量技术也提出了更高要求，要求测量的对象要广、测量的精度要高、可靠性要好、测量环境特殊、实用性要强等。

为了满足各种不同测量条件的要求，人们己研制出很多适合于各种各样要求的液位传感器[1]。

我的课程设计题目是电容式液位计的设计。

电容式液位计是依据电容感应原理，当被测介质浸汲测量电极的高度变化时，引起其电容变化。

它可将各种物位、液位介质高度的变化转换成标准电流信号，远传至操作控制室供二次仪表或计算机装置进行集中显示、报警或自动控制。

其良好的结构及安装方式可适用于高温、高压、强腐蚀，易结晶，防堵塞，防冷冻及固体粉状、粒状物料。

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。

前端采用电容式传感器，将液位高度转换成电信号，再利用单片机处理，最终采用液晶显示或数码管显示的方法将液位高度显示出来，并具备远端通信功能（RS485接口）。

在本课题设计中，需要完成传感器的设计，侧重于理论分析与电路设计，要求给出详细的计算过程以及分析所设计传感器的各项性能指标。

在设计过程中，学会如何收集资料、分析资料，并把在书本中所学到的理论知识综合地应用到解决实际问题当中来；同时，提高英语笔译能力和独立工作及相互协作能力，为将来的工作和学习打下坚实的基础。

图一电容式液位计实物图
二．方案设计
2.1 总体系统框图
图二系统框图
被测物理量：主要是指非电的物理量，在这里为水位。

传感器：将输入的物理量转换成相应的电信号输出，实现非电量到电量的变换。

传感器的精度直接影响到整个系统的性能，所以是系统中一个重要的部件。

放大，整形，滤波：传感器的输出信号一般不适合直接去转换数字量，通常要进行放大，滤波等环节的预处理来完成。

A/D转换器：实现将模拟量转换成数字量，常用的是并行比较型、逐次逼近式、积分式等。

在此用到逐次逼近式。

单片机：目前的数据采集系统功能和性能日趋完善，因此主控部分一般都采用单片机。

显示设备：在此用到8段数码管。

控制设备：控制电动机的运行或关闭。

2.2传感器设计
2.2.1传感器原理
电容式液位传感器系统; 它利用被测体的导电率, 通过传感器测量电路将液位高度变化转换成相应的电压脉冲宽度变化, 再由单片机进行测量并转换成相应的液位高度进行显示,该系统对液位深度具有测量、显示与设定功能, 并具有结构简单、成本低廉、性能稳定等优点。

2.2.2传感器组成
图三为传感器部分的结构原理图。

它主要是由细长的不锈钢管(半径为R1 ) 、同轴绝缘导线(半径为R0 ) 以及其被测液体共同构成的金属圆柱形电容器构成。

该传感器主要利用其两电极的覆盖面积随被测液体液位的变化而变化, 从而引起对应电容量变化的关系进行液位测量。

图三传感器原理图
2.2.3 测量原理
由图三可知, 当可测量液位H = 0 时, 不锈钢管与同轴绝缘导线构成的金属圆柱形电容器之间存在电容C0 , 根据文献得到电容量为:
（1）式中, C0 为电容量, 单位为F ;
ε0 为容器内气体的等效介电常数,单位为F/ m;
L 为液位最大高度;
R1 为不锈钢管半径;
R0 为绝缘导线半径, 单位为m。

当可测量液位为H 时, 不锈钢管与同轴绝缘电线之间存在电容CH :
（2）式中, ε为容器内气体的等效介电常数, 单位为F/ m。

因此, 当传感器内液位由零增加到H 时, 其电容的变化量ΔC 可由式(1) 和式(2) 得
（3）
由式可知, 参数ε0 , ε, R1 , R0 都是定值。

所以电容的变化量ΔC 与液位变化量H 呈近似线性关系。

因为参数ε0 , ε, R1 , R0 , L 都是定值, 由式(2) 变形可得:CH = a0 + b0 H ( a0 和b0 为常数) (4)。

可见, 传感器的电容量值CH 的大小与电容器浸入液体的深度H 成线性关系。

由此, 只要测出电容值便能计算出水位。

测量范围：0.2～20米
精度：0.5级、1.0级
探极耐温：-40～250℃
允许容器压力：-1MPa～2.5MPa
测量介质：电导率不低于10-3s/m的酸、碱、水等非结晶导电液体
供电电源：DC21～27V
输出信号：4～20mA(0～10mA,0～20mA)
输出保护：27mA
变送器适应环境温度：-40～60℃
量程调节范围及零点迁移：≥±30%FS。