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目录液位测量机理分析案例 11.1敏感元件和转换原理 11.2液位传感器系统的组成 41.1敏感元件和转换原理在所设计的液位传感器系统中，PVC同轴电缆被作为敏感元件。由于在产品容量、材料可加工性、热稳定性和成本效益方面的突出优势，PVC一直是电线电缆系统中使用最广泛的绝缘材料之一。PVC同轴电缆的内部结构和横截面图2-1聚氯乙烯(PVC)同轴电缆的内部结构图2-2PVC同轴电缆的横截面图液体聚酯H图2-3液位测量的示意图从图2-1可以看出，PVC同轴电缆从里到外由四层组成：内层铜导体、聚乙烯(PE)绝缘层、外层铜编织导体和PVC护套。此外，如图2-2所示，内导体、聚乙烯绝缘层、外导体和PVC护套的直径分别定义为Di、D2、D₃和D4。为了适当地说明所提出的传感器的测量原理，定义了两个终端(E₁和E₂),如图2-3,2-4所示。原则上，液位可以通过测量E₁和E₂之间的电容来确定。从图2-3中可以看出，内部的铜导体是由一个不锈钢配重物连接到液体上的。此外，在配重中注入了少量的环氧树脂，以使内层铜导体与外层的铜包络导体绝缘。和Cho。CH是内层铜导体和外层铜编织导体之间的电容，而Cno是外箍铜导体和配重之间的电容。那么,当液面从0到ho变化时，E₁和E2之间的电容保持不变，始终等于Co。之后，随着液面的进一步升高(>ho),PVC同轴电缆会更深地浸入液体中，E₁和E₂之间的电容将因此增加。由液面上升引起的电容增量被定义为C。因此，整体测量电容Cm等于Co和C。之和。图2-4中给出了相应的测量电容的等效电路。相关的计算公式如下：PVC外套的相对电导率。H是PVC电缆的总长度，ho是配重的高度，δh是液体表面和配重顶部之间的距离。从公式(1.3)中可以看出，整体测量电容Cm和在理想状态下，液面变化δh是一个近似的线性关系。此外，根据表2-1所示的相关参数，可以得出Cm的理论值。Hh无量纲mmmm因此，Cm的理论值可以通过将上述参数代入公式(1.3)得出。即：Cm=Co+C₈=279.89+731.988≈279.8式(1.4)计算结果表明，在1.0米的液位测量范围内，测量电容范围理论上约为279.89~1011.87pF。此外，这些要测量的电容值都在pF范围内，这在本质安全设计中是允许的。实验研究将在以后进行，并进行详细分析。1.2液位传感器系统的组成图2-5说明了所设计的液位传感器的系统组成。PVC同轴电缆的电容随着电同轴电缆的一端(内导体)与配重物相连，而另一端则与不锈钢外壳内的电路相连，不锈钢外壳(150×105×48mm)通过电缆接头与电路相连。此外，可以看到，PVC同轴电缆的内层铜导体和外层铜包络导体分别与GND和Cm的终端相连。然后，经过一系列的处理单元，电容信号被输送到微型控制单元(MCU),它控

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