电容式液位传感器设计

1、电容式液位传感器设计一设计原理本设计采用筒式电容传感器采集液位的高度。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。由于 从传感器得出的电压一般在0"30mv之间，太小不易测量，所以要通过放大电路进 行放大。从放大电路出来的是模拟量，因此送入ADC0809转换成数字量，ADC0809 连接于单片机，把信号送入单片机。通过单片机控制水泵的运转。显示电路连接于 单片机用于显示水位的高度。该显示接口用一片MC14499和单片机连接以驱动数码 管。二传感器设计 (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

2、液位 高度变化转换成相应的电压脉冲宽度变化，再山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)传感器的组成图3-1-2为传感器部分的结构原理图。它主要是山细长的不锈钢管(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3-1-2传感器原理图(3)测量原理由图1可知，当可测量液位H = 0时，不锈钢管与同轴绝缘导线Ch In (贞/尺0丿构成的金属圆柱

3、形电容器之间存在电容co ,根据文献得到电容量为：(1)式中，CO为电容量，单位为F ; eo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 咏 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疋釦(匸-H>X诃Ch =+ lMRl/RO丿R0/2= &近1/x (£ EH= +RO) ln(m/ RO)(2) 式中，£为容器内气体的等效介电常数，单位为F/nu因此，当传感器 内液位由零增加到H时，其电容的变化量AC可由式(1)和式(2)得Ac = CH- Q = 1打加丽(3

4、) 由式可知，参数£0 , e , Rl , R0都是定值。所以电容的变化量AC与液位变化量H呈近似线性关系。因为参数e0 , e , Rl , RO , L都是定值， 山式 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。山此，只要测出电容值 便能计算出水位。三将电容转化成电信号部分采用运算法测量电路来转化。该电路山传感器,，和固定的标准电容,，以及运算 放大器A组成，如图3-2所示。CQvceI22QV16OnFNES&32P图3-2运算放大器测量电路原理图四电信号放大电路设计由于

5、从传感器得出的电压一般在0"30mv之间，太小不易测量，所以要通过放大电路进行放大，如图3-3所示，采用最基本的比例运算反放大电路.0 -. . .- I. I < I 5000 = $ 图3-3比例放大电路要将30mV电压放大成5V,根据公式U=-(Rl/R2)Uo,所以选择R1二500K, R2二3K, RER1/R2,后边的是一个反相器，把笫一个运放得到的电压反相成正的，其中 R3=R5=1K, R6二R3/R5。五A/D转换器设计本设计采用A/D转换器ADC0809oADC0809是CMOS单片型逐次逼近式A, D转换器，山于输出级有8位三态输出锁存器，因而0809的数据输出端可以直接与单片机的数据总线连接。六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