電容式液位計.doc

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1、.電容式液位計專業(yè):機械設(shè)計科目：傳感器與測試技術(shù)學(xué)號：1234001203626姓名：明日期：2013/5/12Word資料.1.序言液位檢測在許多控制領(lǐng)域已較為普遍，各種類型的液位檢測傳感器較多，按原理分有浮子式、壓力式、超聲波式、吹氣式等。各種方式都根據(jù)其需要設(shè)計完成，其結(jié)構(gòu)、量程和精度適用于各自不同的場合，大多結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，制造成本偏高；市面上也有現(xiàn)成的液位計，有投入式、浮球式、彈簧式等，多數(shù)成品價格驚人。以上液位計多數(shù)輸出為模擬量電流或電壓，有些為機械指針讀數(shù)，不能用于遠(yuǎn)程監(jiān)視；普遍適用于靜止液面，在波動液面易引起讀數(shù)的波動；

2、也有用電容法測液位的系統(tǒng)，此法是一種簡單易行的方案。本文利用圓柱形電容器原理，結(jié)合單片機設(shè)計出一種智能液位檢測裝置。液位測量技術(shù)在工程領(lǐng)域有著極為廣泛的應(yīng)用，隨著生產(chǎn)過程自動化程度的不斷提高和計算機的普及，人們對液位測量技術(shù)也提出了更高要求，要求測量的對象要廣、測量的精度要高、可靠性要好、測量環(huán)境特殊、實用性要強等。為了滿足各種不同測量條件的要求，人們己研制出很多適合于各種各樣要求的液位傳感器[1]。我的課程設(shè)計題目是電容式液位計的設(shè)計。電容式液位計是依據(jù)電容感應(yīng)原理，當(dāng)被測介質(zhì)浸汲測量電極的高度變化時，引起其電容變化。它可將各種物位、

3、液位介質(zhì)高度的變化轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電流信號，遠(yuǎn)傳至操作控制室供二次儀表或計算機裝置進(jìn)行集中顯示、報警或自動控制。其良好的結(jié)構(gòu)及安裝方式可適用于高溫、高壓、強腐蝕，易結(jié)晶，防堵塞，防冷凍及固體粉狀、粒狀物料。它可測量強腐蝕型介質(zhì)的液位，測量高溫介質(zhì)的液位，測量密封容器的液位，與介質(zhì)的粘度、密度、工作壓力無關(guān)。前端采用電容式傳感器，將液位高度轉(zhuǎn)換成電信號，再利用單片機處理，最終采用液晶顯示或數(shù)碼管顯示的方法將液位高度顯示出來，并具備遠(yuǎn)端通信功能（RS485接口）。在本課題設(shè)計中，需要完成傳感器的設(shè)計，側(cè)重于理論分析與電路設(shè)計，要求給出詳細(xì)的計算過

4、程以及分析所設(shè)計傳感器的各項性能指標(biāo)。在設(shè)計過程中，學(xué)會如何收集資料、分析資料，并把在書本中所學(xué)到的理論知識綜合地應(yīng)用到解決實際問題當(dāng)中來；同時，提高英語筆譯能力和獨立工作及相互協(xié)作能力，為將來的工作和學(xué)習(xí)打下堅實的基礎(chǔ)。Word資料.2.方案設(shè)計2.1總體系統(tǒng)框圖圖二系統(tǒng)框圖被測物理量：主要是指非電的物理量，在這里為水位。傳感器：將輸入的物理量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號輸出，實現(xiàn)非電量到電量的變換。傳感器的精度直接影響到整個系統(tǒng)的性能，所以是系統(tǒng)中一個重要的部件。放大，整形，濾波：傳感器的輸出信號一般不適合直接去轉(zhuǎn)換數(shù)字量，通常要進(jìn)行放大，濾

5、波等環(huán)節(jié)的預(yù)處理來完成。A/D轉(zhuǎn)換器：實現(xiàn)將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，常用的是并行比較型、逐次逼近式、積分式等。在此用到逐次逼近式。單片機：目前的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)功能和性能日趨完善，因此主控部分一般都采用單片機。顯示設(shè)備：在此用到8段數(shù)碼管。控制設(shè)備：控制電動機的運行或關(guān)閉。2.2傳感器設(shè)計2.2.1傳感器原理電容式液位傳感器系統(tǒng);它利用被測體的導(dǎo)電率,通過傳感器測量電路將液位高度變化轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓脈沖寬度變化,再由單片機進(jìn)行測量并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的液位高度進(jìn)行顯示,該系統(tǒng)對液位深度具有測量、顯示與設(shè)定功能,并具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、性能穩(wěn)定等優(yōu)點。

6、Word資料.2.2.2電容式液位測量裝置的結(jié)構(gòu)和工作原理電容法是用一電容探頭感受物面位置的變化。附圖（圖7-17電容式液位測量結(jié)構(gòu)示意圖）a所示為幾種用于連續(xù)測量的電容探頭結(jié)構(gòu)。l是部分或整體絕緣的棍電極，3、4是拉緊或放松的繩電極。如果容器壁由導(dǎo)電材料制成，則只需裝入電極1或3或4，容器壁作為另一電極與外殼相連（接地）。如果容器壁由非金屬材料制成，則必須使用具有外電極的管式電極2，或?qū)﹄姌Ol、3、4另附一個反電極5，也可用金屬帶6與l、3、4組合，5、6均需接地。測量時，電容器的上部隔著空氣，下部充滿液體或其它材料?？諝獾慕殡姵?shù)ε

7、0＝l，被測物的介電常數(shù)為εr。物位變化時，電容器的電容變化值ΔC與被測材料的物位高度x成線性關(guān)系，即(12.12)式中h—電容器的總高度；C0—初始電容值。圖7-17b所示是一些進(jìn)行物位極限位置監(jiān)控的電容測頭結(jié)構(gòu)。這時不再希望探頭的電容值在整個高度圍線性變化，而是希望物位在達(dá)到極限位置時電容能發(fā)生突變。l和2是部分或全部絕緣的棍電極或繩電極，3是側(cè)面安裝的棍電極，它以70°角傾斜安裝可防止被測液的粘附，4是平面電極，可用于一些不能在部插入電容探頭的容器物位的測量，如攪拌器。如果容器為非導(dǎo)電材料制成，同樣需另外附加一個反向電極。上面提到

8、的整體絕緣探頭用于導(dǎo)電材料物位的測量。Word資料.2.2.3測量原理圖三由圖三可知,當(dāng)可測量液位H=0時,不銹鋼管與同軸絕緣導(dǎo)線構(gòu)成的金屬圓柱形電容器之間存在電容C0,根據(jù)文獻(xiàn)得到電容量為:（1）式中,C