电容式液位传感器教学提纲
26 汽车传感器与检测技术 电子教案：电容式液位传感器
姚科业，《图解汽车传感器识别检测拆装维修》，化学工业出版社，2018.03 一、概述电容式液位传感器常用作燃油、机油和冷却液液位的测量。
将电容式传感器放入燃油或冷却液中，随着燃油或冷却液液位高度h变化，引起电容电极间的电介质的不同并使电容变化，电容的变化引起了振荡周期的变化，通过计算振动频率，就能获知液面状态，如图1所示。
机油状态传感器是随时监控机油液位、机油品质、机油温度的传感器。
下面以大众机油状态传感器为例，说明其监测方法。
图1 电容式液位传感器的构造示意图二、功用电容式液位传感器的功用：1.检测液体的高度位置；2.作为仪表指示、警告的输入信号；3.测量液体的储液量。
三、原理机油状态传感器G1形电容器组成，安装于发动机油底壳上，该传感器由两个重叠安装的筒形电容器组成，如图2所示。
图2 构造原理示意图由图2可知，两根金属管作为电容器电极嵌套安装在电极之间，发动机机油作为电介质。
机油状态通过下面的传感器测得，作为电介质的机油因磨损碎屑不断增加以及添加剂的分解而使介电常数发生变化，相应的电容值将在传感器内的电子装置中被处理成数字信号，并作为发动机机油状态信息被传送给仪表电脑。
机油液位传感器在状态传感器的上部，他测量机油液位这一部分的电容值，该电容值会随着机油液位的变化而发生变化，并将由传感器电子装置处理成数字信号再送到仪表电脑。
四、案例图3 机油状态传感器电路图五、检测1.检测供给电源电压用数字式万用表对传感器1号端子进行工作电压检测。
用数字万用表直流20V档检测机油状态传感器1号端子，点火开关打开时，其电源端电压应是蓄电池电压。
2.检测搭铁线检测2号线与搭铁间电阻，正常值应为0Ω，否则说明搭铁不正常。
3.检测信号线参考电压检测2号线信号电压应在9.8-10.5V范围内。
在怠速时测量电压值应基本不变化。
4.查询故障码若机油液位传感器本身或者线路出现问题，会出现故障码。
5.波形检测运用示波器对机油状态传感器输出端的信号进行波形分析，可以进一步确定该传感器信号特征，该信号是一个脉冲矩形方波信号。
电容式液位传感器课程设计 1
电容式智能液位仪目录目录摘要 (2)1.导言 (3)2.传感器 (4)2.1理想的电容式传感器 (4)2.2电路模型 (5)2.3传感器特性 (6)2.4传感器结构 (7)3.硬件电路设计 (11)3.1硬件电路划分 (11)3.2单片机的选用 (11)3.3直流充放电式电容测量电路设计 (13)3.4信号调理电路设计 (14)3.5单片机电路及模数转化电路设计 (15)3.6通信电路设计 (16)4.系统软件设计 (18)4.1编程环境与编程语言 (18)4.2软件总体设计 (18)5.电容测量电路的实验结果和分析 (19)5.1实验过程及结果 (19)5.2实验分析 (21)参考文献 (22)摘要设计一种多功能智能化液位检测装置，采用ATmega8作为硬件电路核心，以圆柱形电容探头为液位检测传感器，利用电容频率转换原理将电容变化为频率变化，利用单片机检测频率，软件计算液位高度。
本装置具有机械去液面波动，用软件进行温度修正、线性校正、用户自校正，通信和多液体选择等功能。
本文主要创新之处是提出一种适合于波动液面液位检测的智能液位仪，具有温度补偿、用户自校正和通信等功能。
本文设计了高度为100cm的柱形电容液位检测传感器，电容器具有结构简单，电路实现容易，利用555振荡电路实现了电容到频率的转换，利用程序实现频率到高度转换，理论正确可靠，推算过程合理，利用软件分段修正减小了线性误差。
在电容的两端装有液位缓冲器，采用机械的方式减小液面波动。
由实验测试可知，本液位检测装置性能稳定，检测可靠，测量精度达到1cm, 分辨率可0.1cm，达到车载式喷雾机液位检测的要求。
利用此方案可根据需要设计各种量程的液位检测装置，适用性较广。
·2·1.导言河流、水库或容器的液位可以通过测量浸在液体内两电极间的电容而进行监控。
使用电容式传感器进行液位测量，具有以下优点：低成本（即对于传感器有比较成熟的技术）、低功耗、高线性度、对应用场合的几何形状有较高的适应性。
电解电容式液位计使用方法说明书
电解电容式液位计使用方法说明书使用方法说明书电解电容式液位计1. 产品简介电解电容式液位计是一种用于测量液体或粉体物料液位的高精度仪器。
它基于电容原理，通过测量电容的变化来确定液位的高低。
本说明书将详细介绍如何正确操作和使用电解电容式液位计。
2. 安全注意事项在操作电解电容式液位计之前，请务必仔细阅读并遵守以下安全注意事项：2.1 电源接入：在接入电源之前，请确保电源电压和频率与液位计标识匹配。
使用过程中请注意电源插座的接地情况，确保安全接地。
2.2 防暴措施：请勿在易燃、易爆或有害气体环境中使用本液位计。
以防发生火灾、爆炸或对人体健康造成损害。
2.3 监控与维护：定期检查电解电容式液位计的连接及电缆是否安全可靠，及时发现并解决接线故障，避免潜在的电击风险。
2.4 清洁与保养：在进行清洁和保养时，请务必将电源断开，并等待液位计完全冷却。
使用干净柔软的布进行清洁，不要使用有腐蚀性的化学剂。
3. 产品操作指南3.1 安装要求电解电容式液位计的安装需满足以下要求：3.1.1 安装位置：应选择离液位较近的位置进行安装，以提高测量精度。
同时，需确保液位计与被测介质和管道之间无干扰物。
3.1.2 管道接口：请务必使用正确的管道接口，确保连接牢固并充分密封。
3.1.3 接地处理：为了提供稳定的测量结果，请确保所有金属部件良好接地。
3.2 操作步骤为了正确操作电解电容式液位计，请按照以下步骤进行：步骤一：接通电源将电源线连接到液位计的电源接口，并确保电源稳定，电压符合仪器要求。
步骤二：设置参数根据被测介质的特性，使用液位计上的控制按钮将参数进行适当设置。
液位计通常提供液位单位、报警设定和测量范围等参数的设置。
步骤三：安装传感器将液位计的传感器部分安装在被测介质的容器或管道中。
确保传感器与介质的接触充分，并紧固好连接。
步骤四：校准仪器在首次使用或更换介质后，应进行仪器的校准。
校准过程视仪器型号和厂家要求而异，具体操作请参考仪器附带的校准手册。
教案项目电容式传感器
教案项目：电容式传感器一、教学目标1. 了解电容式传感器的原理和应用。
2. 掌握电容式传感器的接线方式和基本操作。
3. 能够分析电容式传感器的测量数据并进行误差处理。
二、教学内容1. 电容式传感器概述定义：电容式传感器是一种利用电容变化来检测物体或物质的传感器。
特点：灵敏度高、响应速度快、非接触式测量等。
2. 电容式传感器的工作原理电容的定义和公式：电容是电荷存储的能力，C = Q/V。
电容式传感器的测量原理：通过测量电容的变化来检测物体或物质的变化。
3. 电容式传感器的接线方式和基本操作接线方式：电容式传感器通常有单端式和差分式两种接线方式。
基本操作：如何连接电源、信号输出、接地等。
4. 电容式传感器的测量数据分析和误差处理测量数据分析：如何分析电容式传感器的输出信号，并进行数据处理和显示。
误差处理：常见的误差类型和处理方法，如系统误差、偶然误差、粗大误差等。
三、教学方法1. 讲授法：讲解电容式传感器的原理、接线方式和基本操作。
2. 实践操作法：学生亲自动手进行电容式传感器的接线和操作，并进行测量数据分析和误差处理。
3. 问题解答法：针对学生提出的问题进行解答和讨论。
四、教学准备1. 教具：电容式传感器、示波器、信号发生器等。
2. 教材或讲义：关于电容式传感器的相关知识。
五、教学步骤1. 引入：介绍电容式传感器在工业和科研中的应用，激发学生的兴趣。
2. 讲解电容式传感器的原理和接线方式，并展示示例图片。
3. 学生进行实践操作，接线和操作电容式传感器，并记录测量数据。
4. 学生进行分析数据，识别和处理误差。
5. 学生提出问题，教师进行解答和讨论。
六、教学评估1. 学生自评：学生对自己的学习过程和掌握情况进行评价，包括理解程度、操作技能等。
2. 同伴评价：学生之间互相评价，互相学习，提高彼此的操作技能和解决问题的能力。
3. 教师评价：教师对学生的学习情况进行评价，包括理论知识的掌握和实际操作能力等。
050431c09-液位限位传感器重点
物位传感器及其仪表的应用--电容式液位限位传感器
1.课程案例基本信息
课程案例名称物位传感器及其仪表的应用--电容式液位限位传感器
课程案例编号0505403CE
关键词液位限位传感器物位计
对应知识点液位检测
2.课程案例
图1为电容式液位限位传感器，它与液位变送器的区别在于：它不给出模拟量，而是给出开关量。
当液位到达设定值时，它输出低电平。
但也可以选择输出为高电平的型号。
图1 电容式液位限位传感器
图2为电容式液位限位传感器智能化的设定方法：用手指压住设定按钮，当液位达到设定值时，放开按钮，智能仪器就记住该设定。
正常使用时，当水位高于该点后，即可发出报警信号和控制信号。
图2 电容式液位限位传感器智能化的设定方法
《机电一体化专业教学资源库》资源模板编制信息
模版名称课程案例模版
模版编号04
模版主要功能规定课程案例的基本要求、格式等
责任者张加云联系方式Email:
编制时间2014年4月
发布时间2014年4月。
教案项目电容式传感器
教案项目：电容式传感器一、教学目标1. 了解电容式传感器的概念、原理和特点。
2. 掌握电容式传感器的应用领域和基本电路。
3. 学会电容式传感器的选型和安装方法。
4. 能够分析电容式传感器的测量信号并进行数据处理。
二、教学内容1. 电容式传感器概述定义：利用电容变化来检测物体或物质的传感器。
分类：固定电容式传感器、可变电容式传感器、电容式微位移传感器等。
2. 电容式传感器的工作原理电容的基本原理：电容器和电容量的概念。
电容式传感器的测量原理：电容变化与被测量的关系。
3. 电容式传感器的特点和应用领域特点：非接触式测量、高灵敏度、宽量程、抗干扰能力强等。
应用领域：位移测量、液位控制、介质厚度测量、成分分析等。
4. 电容式传感器的基本电路电容式传感器的电路组成：电容器、放大器、滤波器等。
电容式传感器的信号处理方法：模拟信号处理和数字信号处理。
5. 电容式传感器的选型和安装选型原则：根据被测量范围、精度要求、输出信号等选择合适的传感器。
安装方法：固定方式、连接方式、接地处理等。
三、教学方法1. 讲授法：讲解电容式传感器的概念、原理和特点。
2. 案例分析法：分析电容式传感器的应用实例，加深对传感器工作的理解。
3. 实验操作法：安排实验室实践，让学生动手操作电容式传感器，掌握安装和调试方法。
4. 讨论法：组织学生讨论电容式传感器的选型和应用问题，培养解决问题的能力。
四、教学评估1. 课堂问答：检查学生对电容式传感器基本概念的理解。
2. 课后作业：布置相关题目，巩固所学内容。
3. 实验报告：评估学生在实验室操作电容式传感器的技能和数据分析能力。
4. 课程设计：让学生设计一个电容式传感器应用方案，检验综合运用能力。
五、教学资源1. 教材：电容式传感器相关教材或专业书籍。
2. 实验室设备：电容式传感器、示波器、信号发生器等。
3. 多媒体教学：PPT课件、视频资料等。
4. 网络资源：相关学术论文、技术博客等。
六、电容式传感器的校准方法1. 介绍电容式传感器的校准概念和重要性。
电容式液位计课程设计
电容式液位计 课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解电容式液位计的工作原理与构造，掌握其测量液位的物理基础。
2. 学会分析电容式液位计的电路图，并能解释各部分的功能和相互关系。
3. 掌握影响电容式液位计测量精度的因素，能够列举并解释至少三种主要影响因素。
技能目标：1. 能够运用所学的知识，正确操作电容式液位计进行液位的测量。
2. 通过实践，学会对电容式液位计进行简单的故障诊断和校准。
3. 能够设计简单的液位控制电路，并运用电容式液位计作为传感部件。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对物理传感器在工业控制中应用的兴趣，激发学生探索工程技术的热情。
2. 增强学生的团队合作意识，通过小组合作完成实验和项目设计。
3. 培养学生严谨的科学态度，认识到精确测量在工业生产中的重要性。
分析：本课程针对高中年级学生，他们已具备基础的物理知识和一定的电路原理理解能力。
课程性质为实践性与理论性相结合，要求学生在理解电容式液位计理论知识的基础上，通过实践活动加深理解，并将知识应用于解决实际问题。
课程目标旨在通过理论与实践的结合，提升学生的知识应用能力和实践操作技能，同时培养对物理学科的兴趣和正面价值观。
通过具体的学习成果分解，教师可依据目标进行教学设计和评估学生的学习效果。
二、教学内容1. 理论知识：- 电容式液位计的工作原理与物理基础。
- 电容式液位计的电路分析与各部分功能。
- 影响测量精度的因素，包括介质特性、传感器间距、温度等。
- 传感器在工业控制中的应用案例分析。
2. 实践操作：- 电容式液位计的组装与操作流程。
- 液位测量实验，包括不同介质下的测量对比。
- 简单故障的诊断与校准方法。
- 设计并实现一个简单的液位控制电路。
3. 教学大纲安排：- 章节一：电容式液位计的基础知识（1课时）- 章节二：电容式液位计的电路分析与功能（1课时）- 章节三：影响测量精度的因素及解决方案（1课时）- 章节四：实践操作与实验（2课时）- 章节五：液位控制电路设计与实现（2课时）4. 教材关联：- 教科书第三章：传感器及其应用。
电容式液位计原理PPT课件
谢谢您的观看！
第6页/共6页
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。
第2页/共6页
导电液体液位测量
1-内电极；2-绝缘套 管；3-容器
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
2π0 ( p 1) H
ln(D / d )
SH
第4页/共6页
1-内电极；2-外电极； 3-绝缘环
(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
第1页/共6页
电容物位传感器
(一)导电液体电容传感器 水、酸、碱、盐及各种水溶液等导电液体电容液
CX
CH
C0
2π H Leabharlann 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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
电容式液位传感器
电容式水位显示器的设计与制作
1.实验目的
能在设计与制作实验的过程中，结合所学理论知识，进行电子应用电路的设计、组装与调试，以此来掌握使用电容式传感器，模拟和数字分立元器件设计一个电容式水位显示器的方法和实践技能，为以后从事生产和科研工作打下一定的基础。
2.设计方案
本设计制作实验要求用电容传感器，设计并制作一个电容式水位显示器，对水位可以按高，中，低三档进行检测，并对每种水位，给出对应的LED，进行显示。
通过电容传感器，将水位值的变化转换为电容值的变化，再使用频压转换器，将电容值的变化转换为方波信号频率的变化，利用频压转换器的频率与电压对应关系，将电容值变化与电压值变化联系起来，最后显示。
设计流程图如图2.1所示
图2.1 电容式水位显示器组成框图
3.实验原理
3.1脉冲电路
将电容传感器作为振荡电路的电容，通过经典的555定时器多谐振荡，将电容值的变换转换成正弦波频率的变换。
555定时器电路如图3.1所示。
图3.1 555定时器构成的多谐振荡器
分析：C2为电容传感器的等效电容，通过改变C2的大小可以明显改变示波器中方波的频率。
3.2 频压转换电路
采用KA331经典频压转换电路（电路仿真中LM331与KA331基本相同），实现信号频率值到电压值的变化。
频压转换电路如图3.2所示。
图3.2 频压转换电路
频率电压对应关系：i t t S
L o f C R R R 09
.2V 4.实验过程记录
4.1实验现象与分析
实物连接图见附录，将电容传感器与对应的普通导线悬于空中，KA331的电压输出为3.6V左右，慢慢浸没入水瓶中，输出电压开始缓慢下降，直至电容传感器触碰水瓶底部，电压下降至2.8V左右，在电压输出后附加电压比较电路，将2.8V至3.6V划分为3个区段，分别驱动不同颜色的LED灯即可。
从3.6V下降至2.8V的下降程度并不显著，调整KA331的输出取样电阻的阻值后，输出电压的变化率有明显变动，可以减小电阻值，使得变化更为显著，方便对不同电压进行进行分辨，驱动不同档位的LED小灯。
4.2调试问题
1）由于电容传感器与普通导线的相对位置不固定，且都有一定程度的弯曲，使得555输出的方波脉冲的频率处于跳变中，没有接固定电容稳定，并联一个固定电容可将频率跳变减弱，使之处于比较稳定的频率值，由于此次实验没有合适的小电容，并联大电容会导致电容传感器浸没入水中后，方波脉冲频率变化不明显，无法满足设计要求；
2）KA331输出的电压值课通过改变输出1号引脚接地电阻和2号引脚的可变电阻进行调整，使得方波的频率与对应的电压输出值满足比较良好的线性关系，但本次实验只要求分辨3种不同水位的高低情况，故调节至有明显电压变化即可，不用调出比较良好的对应关系式，若需要精确输出可以再此进行调节。
5.实验小结
通过本次电子线路设计，使我们复习了已经学习的555构成的多谐振荡电路，并加以动手操作实现，巩固了已有知识，还自行查找KA331的芯片资料，对其中的典型频压转换电路进行分析学习，从中验证了很多学习中的理论知识，在实际实物制作中，更加体现了一些电容、电阻等元件参数的选择与比例分配，并在调试电路中得到老师的指导，学习到一些调试电路的基本技巧，加强了自我的动手能力，在制作实物过程中与同学的探讨，更加深了一些知识的印象和理解，对原有的以及新学习的知识有了更为清晰的理解，积累了一点点经验，为以后从事生产和科研工作打下一定的基础。