电容式液位计原理ppt课件
电容式液位传感器及测量原理
d A C ε=电容式液位传感器及测量原理1引言 (1)2电容式液位传感器的结构与测量原理 (1)2.1电容式液位传感器的结构 (1)2.2电容式液位传感器的工作原理 (3)3电容式液位传感器的特点 (6)1引言电容式传感器利用了非电量的变化转化为电容量的变化来实现对物理量的测量。
电容式传感器广泛用于位移、振动、角度、加速度等机械量的精密测量，并正逐步扩大到压力、差压、液面（料位）、成分含量等方面的测量。
电容式传感器具有以下几个特点：1）机构简单，体积小，分辨力高；2）可实非接触式测量；3）动态效应好。
电容式传感器的固有频率很高，因此动态效应时间短，且其介质耗损小，可使用较高的工作频率，可用于测量高速变化的参数；4）温度稳定性好。
它本身发热量极小；5）能在高温、辐射和强振动等恶劣条件下工作6）电容量小，功率小，输出阻抗高，因此，负载能力差，易受外界抗干扰产生不稳定现象。
2电容式液位传感器的结构与测量原理2.1电容式液位传感器的结构电容式传感器是把被测的非电量转换为自身电容量变化的一种传感器。
这些被测量是用于改变组成电容器的可变参数而实现其转换的。
电容式传感器的基本工作原理可以用最普通的平行极板电容器来说明。
两块相互平行的金属极板，当不考虑其边缘效应（两个极板边缘处的电力线分布不均匀引起电容量的变化）时，其电容量为：（1）公式中 ——电容极板间介质的介电常数；A ——两平行板所覆盖的面积；d ——两平行板之间的距离。
因此只要改变其中的一个参数，就会引起电容量的变化，根据这一电容结构关系可构成变极距电容传感器，变面积型电容传感器和变介质型传感器、用于测量液位的电容式传感器。
是利用容器中的物料为恒定的介电常数时，极间电容正比于液位的原理而构成的，并应用电子学方法测量电容值，从而探测液面位置信息。
特点是液位测量只与电容结构有关，与物料的密度无关根据这一特点，可采用圆筒形结构构成变面积型的液位传感器，这种传感器结构的探头是由这两个电极极板构成，通过气、液或料相介质的高度不同引起极间电容改变来探测物面位置的。
电容式液位计
电容式液位计电容法液位测量原理为探极线与导电液体构成一电容器，其中探极线的金属内芯为电容的一极，导电液体为电容的另一极，中间为高稳定性的 PPR或聚氟乙烯，即探极线的绝缘体外层作为两级之间的介质，随着液位的变化，液体包围探极线的面积随之改变，使构成电容器两极的相对面积改变，导致电容的变化，根据同心筒状电容的公式可写出液体高度与电容的关系、电容液位计原理电容法液位测量原理为探极线与导电液体构成一电容器，其中探极线的金属内芯为电容的一极，导电液体为电容的另一极，中间为高稳定性的 PPR或聚氟乙烯，即探极线的绝缘体外层作为两级之间的介质，随着液位的变化，液体包围探极线的面积随之改变，使构成电容器两极的相对面积改变，导致电容的变化，根据同心筒状电容的公式可写出液体高度与电容的关系，电容器的电容受三个因素的影响：①各个电极面之间的距离②各电极面的大小③电极面之间介质的介电常数因Co、ε和D/d为固定常说，所以：C=KH，即电容量只与液体浸没探极的高度（电容极板的相对面积）成正比。
电容液位计参数测量范围：0、2-20米精度：0、5级；1、0级测量介质：电导率≥10-3s/m的酸、碱、盐、水等非结晶导电液体及有机溶剂环境温度：-40℃-60℃介质温度：-50℃-200℃供电电源：12、5-30VDC输出信号：4-20mA量程及零点调节范围：≥30%FS安装尺寸：M201、5、M272、法兰式、悬挂式容器压力：-0、05MPa～32 MPa电容液位计特点1、结构简单：无任何可动弹性零部件，因此可靠性相对较高，维护量极少，一般情况下，不必进行常规的大中小修。
2、安装方便：内装式结构尤其显示出这一特点，一个人，一把扳手，几分钟即可装好。
3、调整方便：零位、量程两个电位器可在液位检测有效范围内任意进行零点迁移或量程的压缩或扩展。
4、液位检测基本不受工艺条件变化的影响。
而浮力式、差压式、同位素式液位计在检测中都与介质的重度有关，气液相介质的重度变化都会使检测结果产生附加误差。
电容式水位开关液位开关原理图
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D 100ms 100ms
1 2 3 4 5 6 7 8
BY BX CY CI CX INH VEE GND 4053
VDD BI AI AY AX A B C
VCC 16 15 14 13 12 11 10 9 CS3 CAP
TP3
水水水水水3
TP
A Title Size B Date: File: 1 2 3 4 5 1-Sep-2011 Sheet of D:\protel_xyh\sk0510 application\_liquidlevel\liquidlevel.Ddb Drawn By: 6 Number Revision
水水水水水2
C
TP CS1 CAP CS2 CAP
1 2 3 4 5 6 7 8
BY BX CY CI CX INH VEE GND 4053
VDD BI AI AY AX A B C
VCC 16 15 14 13 12 11 10 9 CS0 CAP
TP0
水水水水水0
TP VCC VCC VCC VCC VCC VCC
U3 VCC 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 RESET ASEL CIN0 CIN1 CIN2 CIN3 CIN4 CIN5 CIN6 CIN7 NC GND ST08B TP4 U2
电容式液位计工作原理
b电容式液位计原理？答：电容传感器是利用改变电容的几何尺寸或改变介质的性质和含量，从而使电容量发生变化的原理制成的。
主要用于压力、位移、液位、厚度、水分含量等参数的测量。
电容式液位计是采用测量电容的变化来测量液面的高低的。
它是一根金属棒插入盛液容器内，金属棒作为电容的一个极，容器壁作为电容的另一极。
两电极间的介质即为液体及其上面的气体。
由于液体的介电常数ε1和液面上的介电常数ε2不同，比如：ε1>ε2，则当液位升高时，两电极间总的介电常数值随之加大因而电容量增大。
反之当液位下降，ε值减小，电容量也减小。
所以，可通过两电极间的电容量的变化来测量液位的高低。
电容液位计的灵敏度主要取决于两种介电常数的差值，而且，只有ε1和ε2的恒定才能保证液位测量准确，因被测介质具有导电性，所以金属棒电极都有绝缘层覆盖。
电容液位计体积小，容易实现远传和调节，适用于具有腐蚀性和高压的介质的液位测量。
电容式液位测量装置的结构和工作原理电容法是用一电容探头感受物面位置的变化。
附图（图7-17电容式液位测量结构示意图）a所示为几种用于连续测量的电容探头结构。
l是部分或整体绝缘的棍电极，3、4是拉紧或放松的绳电极。
如果容器壁由导电材料制成，则只需装入电极1或3或4，容器壁作为另一电极与外壳相连（接地）。
如果容器壁由非金属材料制成，则必须使用具有内外电极的管式电极2，或对电极l、3、4另附一个反电极5，也可用金属带6与l、3、4组合，5、6均需接地。
测量时，电容器的上部隔着空气，下部充满液体或其它材料。
空气的介电常数ε0＝l，被测物的介电常数为εr。
物位变化时，电容器的电容变化值ΔC与被测材料的物位高度x成线性关系，即(12.12)式中h—电容器的总高度；C0—初始电容值。
图7-17b所示是一些进行物位极限位置监控的电容测头结构。
这时不再希望探头的电容值在整个高度范围内线性变化，而是希望物位在达到极限位置时电容能发生突变。
智能电容液位计的工作原理及技术特点
智能电容液位计的工作原理及技术特点1、工作原理电容式液位计原理：利用液位变化与其对测量探极产生的电容变化之间的关系，运用专用模式系统软件将检测的电容变化经各种补偿计算后，输出与物位变化成正比的两线制4~20mA模拟电流。
不受汽包温压变化的直接影响，被测介质介电常数变化的补偿采用独特的专利补偿技术，不存在“假水位”测量问题。
计算表达式：C=KS/d。
C是电容值；K是介质的介电常数（工况恒定时定量）；S是板面积（定量）；d是板间距（定量）。
可以看出，电容值变化只与充满介质的高度有关，测得液位值。
智能电容式测量装置采用一种三段探级的结构。
其中1号探极因所处位置始终充满蒸汽没有水，因此1号电容探极的电容值测量变化量直接可以表达蒸汽的介电常数变化。
2号探极正常有水探测时，3号探极是全充满水的，因此3号电容探极的电容值测量变化可以表达水的介电常数变化。
最后在2号测量区电容探极内，观察构成k测的k汽、k水虽然是动态变化值，但1号电容器、3号电容器把k汽、k水的具体数值实时更新出来，则测量区电容表达式中就只剩下一个高度数值可以轻易计算得出，从而实现了全工况条件正常测量技术。
2、技术特点智能电容式液位计特点：合理简单的连通器取样结构，可以保证水位取样真实、准确，如敷以高质量的保温层，可以高质量地保证测量筒与锅炉本体的温压一致性。
综合系统测量误差控制在毫米级，接近真值，可实现全工况生产运行的自动补水和带保护；一体化设计，安装、调试简易，维护方便，使用寿命长测量筒整体敷设高质量保温层，散热量极小，散热损失折合的使用成本相对极低。
（1）具有全工况起、停、排污等条件下液位精确测控功能。
（2）模块化结构设计，连续测控技术，能够对测量系统的温度漂移进行自动补偿，全温度范围测量系统温漂不超过0.1pF。
（3）能够对液相介质介电常数变化、汽相介质介电常数变化同时进行自动补偿，无需现场标定。
（4）高可靠、高稳定，不存在“假水位”测量情况。
电容式液位计(课件)
概述
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。
2021年7月3日1时49
原理
电容式液位计是采用测量电容的变化来测量液面的高 低的。它是一根金属棒插入盛液容器内，金属棒作为电容 的一个极，容器壁作为电容的另一极。两电极间的介质即 为液体及其上面的气体。由于液体的介电常数ε1和液面 上的介电常数ε2 不同，比如：ε1>ε2，则当液位升高 时，电容式液位计两电极间总的介电常数值随之加大因而 电容量增大。反之当液位下降，ε值减小，电容量也减小。 所以，电容式液位计可通过两电极间的电容量的变化来测 量液位的高低。
放回传感器，根据h1/h=(I1-4)/16计算I1值，其中I1为 液面高度为h1时的电流输出。调整传感器零点电位器，使 输出电流为I1值。至此标定结束。
2021年7月3日1时49
结论
电容式液位计适用于各种导电、非导电液体的液位或 粘性料位的远距离连续测量和指示，也可以和其它电动仪 表配套使用，以实现液位或料位的自动记录、调节和控制。 其亦可用于导电和非导电液体之间及二种介电常数不同的 非导电液体之间的界面测量。电容物位计合理的选型与正 确的接地是其实现准确测量以及安全运行的前提。
2021年7月3日1时49
原理
电容式液位计的灵敏度主要取决于两种介电常数的差 值，而且，只有ε1和ε2的恒定才能保证液位测量准确， 因被测介质具有导电性，所以金属棒电极都有绝缘层覆盖。 电容液位计体积小，容易实现远传和调节，适用于具有腐 蚀性和高压的介质的液位测量。
电容式物位计由电容式物位传感器和检测电容的线路 组成。其基本工作原理是电容式物位传感器把物位转换为 电容量的变化，然后再用测量电容量的方法求知物位数值。
电容式液位计工作原理
b电容式液位计原理？答：电容传感器是利用改变电容的几何尺寸或改变介质的性质和含量，从而使电容量发生变化的原理制成的。
主要用于压力、位移、液位、厚度、水分含量等参数的测量。
电容式液位计是采用测量电容的变化来测量液面的高低的。
它是一根金属棒插入盛液容器内，金属棒作为电容的一个极，容器壁作为电容的另一极。
两电极间的介质即为液体及其上面的气体。
由于液体的介电常数ε1和液面上的介电常数ε2不同，比如：ε1>ε2，则当液位升高时，两电极间总的介电常数值随之加大因而电容量增大。
反之当液位下降，ε值减小，电容量也减小。
所以，可通过两电极间的电容量的变化来测量液位的高低。
电容液位计的灵敏度主要取决于两种介电常数的差值，而且，只有ε1和ε2的恒定才能保证液位测量准确，因被测介质具有导电性，所以金属棒电极都有绝缘层覆盖。
电容液位计体积小，容易实现远传和调节，适用于具有腐蚀性和高压的介质的液位测量。
电容式液位测量装置的结构和工作原理电容法是用一电容探头感受物面位置的变化。
附图（图7-17电容式液位测量结构示意图）a所示为几种用于连续测量的电容探头结构。
l是部分或整体绝缘的棍电极，3、4是拉紧或放松的绳电极。
如果容器壁由导电材料制成，则只需装入电极1或3或4，容器壁作为另一电极与外壳相连（接地）。
如果容器壁由非金属材料制成，则必须使用具有内外电极的管式电极2，或对电极l、3、4另附一个反电极5，也可用金属带6与l、3、4组合，5、6均需接地。
测量时，电容器的上部隔着空气，下部充满液体或其它材料。
空气的介电常数ε0＝l，被测物的介电常数为εr。
物位变化时，电容器的电容变化值ΔC与被测材料的物位高度x成线性关系，即(12.12)式中h—电容器的总高度；C0—初始电容值。
图7-17b所示是一些进行物位极限位置监控的电容测头结构。
这时不再希望探头的电容值在整个高度范围内线性变化，而是希望物位在达到极限位置时电容能发生突变。
电容物位计
• • • •
电容传感器的测量原理
• • • • • ε—中间介质的介电常数，ε=ε ε ， 其中ε =8.84*10-12F/M为真空（和干空气 的值近似）介电常数。 例如 ε 水=80， ε 甲醇=37， ε 苯=2.3等。
0 P 0 P P P
电容传感器的测量原理
• 由式（1）可知，只要ε、L、D、d中任 何一个参数发生变化，就会引起电容C的变 化。电容式液面计就是将液位的变化转换 成这些参数的变化，从而引起电容量变化 而制成的。下面介绍两种电容液位传感器。
电容式液位计
• 外部连接形式：电容式物位传感器外部连 接形式有螺纹式和法兰式两种连接方式。 • 电气结构：普通型 • 隔爆型 • 本安型
电容式液位计
• 电气部分，传感器保护罩壳体应接地，电 缆入口应密封良好。 • 调试工作，对于量程范围较小的液位计可 用纯净水代替介质进行调校，但调校工作 应通过计算方法对量程进行修正。 • 对于大量程物位测量，通常利用工艺试车 条件进行实地调校。
2.测量非导电介质液位的电容传感器
测量非导电介质位的电容传感器
• 测量非导电介质液位的电容传感器的机构 原理如图2-4-5所示。它由内电极1和一个与 它相绝缘的同轴金属套筒做的外电极2所组 成，外电极2上开有许多小孔4，以便介质 能顺利通过，内外电极用绝缘套3绝缘。当 液位为零时，调整仪表零点（或在某起始 液位调零也可）。
• 由式（2）可见，当H=0时，其中的第二项就成为 电极与容器组成的电容器。设电容量为C0，则有： C0=2πε ′L／ln(D /d) （3） • 将式（2）减去式（3）便得对应于液位H的电容 变化量CX为： • CX =C-C0=[2πε／ln(D /d)- 2πε ′／ln(D /d)]H （4） • 若D >> d，而ε ′<< ε，则2πε ′／ln(D /d)可以略 去，于是CX可用下式表示： CX =[2πε／ln(D /d)] H =KiH （5） • 式中Ki—仪表的灵敏度。
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CX
CH
C0
2π H
ln(D / d )
2π0 (L H ) 2π0L
ln(D0 / d ) ln(D0 / d )
2π( 0 ) H
ln(D / d )
2π H SH
ln(D / d )
式中ε为绝缘套管或陶瓷涂层的介电 系数； ε0’为绝缘套管和空气共同组 成电容的等效介电系数；S为传感器 灵敏度系数。
ln(D / d ) SH
1-内电极；2-外电极；
3-绝缘环
4
(三)粉粒状物料电容传感器
在测量粉粒状非 导电介质如矿石、合金、 石灰、干燥水泥、粮食 等的料位，是长期困扰 的难题，至今还没有一 个准确可靠的测量方法。
电容式料位计原理 (a)金属料仓； (b)水泥料仓 1-内电极;2-金属容器壁电极; 3-钢丝绳内电极;4-钢筋;5-绝缘体
电容式液位计原理
一、检测原理
圆筒形电容器的电容量C为：
C=2πεL/ln(D/d)=kL
可见当将电容传感器插入被 测介质中，电极浸入介质中的深 度随物位高低而变化，电极间介 质的升降，必然改变两极板间的 电容量，从而可以测出物位。
圆筒形电容器 1-内电极；2-外电极
1
电容物位传感器
(一)导电液体电容传感器 水、酸、碱、盐及各种水溶液
5
等导电液体电容液位传感器一般用直 径为d的不锈钢或紫铜棒做电极，外 套聚四氟乙烯塑料绝缘管或涂以搪瓷 绝缘，如图。电容传感器插在直径为 D0容器内的液体中， 通过检测传感器 电容变化量即可知液位的高低。
导电液体液位测量
1-内电极；2-绝缘套 管；3-容器
2
由图可知当液位由零变化到H时，电容传感器的 电容变化量CX为
3
(二)非导体液体电容传感器
非导电液体，不要求电极表面绝缘，可以用裸电
极作内电极，外套以开有液体流通孔的金属外电极，通 过绝缘环装配成电容传感器。
C0
2π 0 L
ln(D0 / d )
CH
2π0 p H
ln(D / d )
2π0 (L H )ห้องสมุดไป่ตู้
ln(D0 / d )
CX CH C0
2π0 ( p 1) H