电容式蓄电池液位计设计

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基于充放电原理的电容式液位传感器测量电路的设计

基于充放电原理的电容式液位传感器测量电路的设计

基于充放电原理的电容式液位传感器测量电路的设计电容式液位传感器是一种用于测量液体水平高度的传感器。

它基于充放电原理,通过测量电容器中电荷的变化量来确定液位高度。

在本文中,我们将介绍如何设计一种基于充放电原理的电容式液位传感器测量电路。

首先,我们需要了解电容器的基本原理。

电容器是由两个电极以及介质隔离层组成的设备。

当电容器两个电极上施加电压时,它们之间会形成电场。

电场越大,电容器电容就越高。

在液位传感器中,我们可以利用电容器的这种原理来测量液位高度。

具体来说,我们可以将电容器放在液体中,其中一个电极将是传感器底部,另一个电极将在液面上方。

因为液体的介电常数是已知的,我们可以使用液位高度来计算电容器的电容值。

测量电路分为两个部分:充电和放电。

在充电过程中,我们将电容器的一个电极接地,将另一个电极和一个恒定的电压源相连。

然后,我们使用一个计时器来计算电容器充电的时间。

充电时间取决于电容器的电容和施加的电压。

在放电过程中,我们断开电压源,并通过另一个计时器来计算电容器放电的时间。

电容器放电的时间取决于它的电容和接收器的输入阻抗。

通过测量充电和放电时间,我们可以计算电容器的电容值。

从而,我们就可以计算出液位的高度。

这是一个简单的电路,基本实现液位高度的测量,但在实际应用中,我们需要加以改进。

为了提高测量精度,我们需要使用更高分辨率的计时器以及更准确的电源。

我们也可以加入计算机或微控制器来读取和处理传感器的测量结果。

总之,基于充放电原理的电容式液位传感器是一种非常有用的测量设备。

只要我们合理设计传感器测量电路,利用计时器和恒定电源等工具,就可以实现准确测量液位高度,并在许多应用中得到应用。

电容式液位检测的电路方案和详解

电容式液位检测的电路方案和详解

电容式液位检测电路方案和详解液体填充在极板之间,等效形成电容,液面浸没的多少会改变电容大小,从而间接反映液位的高低。

图1在测量的导体上我们使用的是吸液探针。

探针是一个空心的导体,具有一定的电容量,当探针接触到液体表面的瞬间,探针对地的电容会突然增加。

通过对电容数值变化检测就可以得知探针是否接触到页面。

图22.信号处理电路图3 液面检测原理图电路总共分为6部分1.方波发生电路2.高通滤波电路3.整流电路4.低通滤波电路5.电压比较器6.电平转换电路3.工作原理由液面检测原理可知,当探针碰到水面的瞬间,输入电容量会发生变化。

NE555产生一个方波,输入电压跟随器的波形为具有一定直流偏置的方波信号,当探针接触的时候,电容瞬间增大改变了方波信号的幅度并由于RC延迟变成了三角波,TEST1端信号变化如图。

图4 TEST1信号变化信号经过精密整流之后变成只有正电压信号,TEST2端信号变化如图。

图5 TEST2信号变化直流信号通过低通滤波器输入到电压比较器;电压跟随器的正向输入端连接一个数值较大的电容10uF。

在电容未发生变化的之前,正相输入端的电压永远大于反向输入端的电压,比较器的输出+5V,三极管导通,输入单片机信号为低。

当探针接触到液体表面的时候由于其幅值发生较大变化,输入正相输入端的电压突然减小而由于电容两端的电压不能发生突变,导致反向输入端电压高于正相输入端,此时比较器输出为-5V,三极管截止,输入单片机信号为高,TEST3端信号变化如图。

图6 TEST3信号变化但由于电容存储的电荷有限,经过一段时间正相输入端的电压将再次超过反向输入端,所以在接触液体的瞬间可观察到指示灯闪烁一下就立即熄灭。

通过设置单片机电平捕获便可判断探针是否接触到水面。

4.总结以上的思路只是针对液面进行,也就是说探针一接触到液面就会有信号,但无法检测探针进入液体的深度。

不过我们可以对电路进行改造,将比较器电路和电平转换电路去电,然后信号直接接到单片机的ADC引脚上,便可识别进入液面的深度。

E+H FEC12电容式液位计

E+H FEC12电容式液位计

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图7: HART手操器的菜单结构
7
(Note!) (Note!)
复位(出厂设置)
线性化模式选择
4 物位测量的标定
本章节主要涉及电子插件将电容值转换成物位或体积的一些基本设定 测量结果在显示单元 (表头或手操器)上显示出来 电子插件能通过两种途径进行基本设定: * 利用电子插件上操作钮进行现场设定 * 通过手操器进行 可利用操作按钮实现电子插件的基本设定 然后再用手操器对某些设定项进行更改(提示: 此 时电子插件必须处于非锁定状态)
按钮
带有简易使用说明的盖板
线性化模式 选择开关
按钮
开关 按钮
FEC12
绿灯指示 标定正确
4 20mA
与安培 计连接
左侧开关用来选择是用手操器遥控还是在现场用FEC12电子插件上操作钮进行线性化标 定 利用FEC12操作钮进行线性化标定时,利用右侧开关启用已储存在电子插件中的某一线性化 模式(分别针对立式料罐或卧式料罐)
在标定FEC12电子插件时,以下操作步骤始终贯穿于整个手操器使用过程中,不再作单独重复
说明
*第一步:
用" "键从"MATRIX GROUP S E L " 中 进 入 下 一 级 菜 单
*结束步:
用F3[HOME]返回到"Online"菜单
3.3 HART菜单结构
FEC12的所有参数都能用手操器菜单中某单项进行设置,下图乃对应FEC12电子插件的
2
1 引言
1.1 应用
FEC12电子插件乃是一种电容式物位测量系统的变送器 它把由物位变 化而产生的电容变化量按比例转换成电流量 对立式园柱形料仓,其物位 位或质量(体积)可以百分比的形式显示出来 若配用手操器,则可以一定 工程单位进行显示 对卧式料罐,启用已储存的线性化曲线也能测量物料 体积

基于电容和电桥的液位测量仪设计

基于电容和电桥的液位测量仪设计
第 1期
谢艳 丁,等 :基 于电容和电桥的液位测量仪设计
39
1/(2 ̄f),R。、Co与二 极管构成 峰值检 波器.2000mV
电压 表 连 接 到 C、d两 点 .在 油 液 高度 h=0时 ,
通 过 调 节 电 位 器 、 和 可 调 电 容 C2,使 得
c、d两 点 电压 为 0,电桥 达 到平 衡 .
(8)
由此 可 知 ,在 27tfClR1、2 ̄fC2R2较 小 (小 于 10 )
的 情 况 下 ,C、d间 电压 与 液 位 高 度 h是 近 似 线性 关 系 ,其 值大 小 反 映 液 面的 高度 .
2 液位测量仪测试及应用
图 2 液位测 量 电路
随 着 油 液 的 高 度 h变 化 引 起 C 改 变 ,破 坏




CiR1

C2R 2
R:) )…] (1+(2 2R2) )…
(5)
由 以 上 的 给 定 参 数 可 知 2 R1、2 ̄fC2R 数 量
级 为 10~ ,因此 ,将 式 (2)代 人 式 (5),在 h=0处 对 式 (5)进 行 泰 勒 级数 展 开 ,并 忽 略高 阶项 ,得
面 高度 高 于 上 限值 或 低 于下 限值 时 ,系统 给 出声 光 告警 ,以便 控 制液 位 高度 .
3 结束语
由表 2可知 ,液 面 高 度 每 增 加 0.10 cm ,电 压 均 有 明显 变 化 . 液 位 测 量 仪 精 度 主要 受 制 于 液 面 标 定用 的刻 度 尺 ,因此 液位 测 量 仪 精度 应 高 于
厂————1一 ~ ]
C 1丰

电容式液位计

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髙度与电容的关系,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、£和D/d为固定常说,所以:C二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:-401-60£介质温度:-50°C-200°C供电电源:12、5-30VDC输出信号:4-20mA量程及零点调节范围:230%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。

电容式液位电路

电容式液位电路

电容式液位传感器检测电路的设计摘要设计一种能快速测量水波浪的水位传感器。

通过对不同半径电极下传感器输出电容与对应液位的实验数据分析,发现传感器灵敏度随电极半径的增加而近似成线性提高,同时,发现传感器灵敏度与液位下降速度相关。

关键词:电容式传感器;电极;液位;液位传感器目录第1章绪论1.1 传感器概述1.1.1 传感器的定义 (1)1.1.1 传感器的分类 (1)1.1.3 传感器的基本特性 (2)1.1.4 传感器的发展方向 (2)1.2 国内外液位传感器的发展现状 (2)1.3 设计要求1.3.1 设计任务 (4)1.3.2 设计要求 (4)第2章传感器设计结构2.1 电容传感器测量原理简介及水位传感器结构的确定2.1.1 平行板电容传感器 (6)2.1.2 圆筒型电容传感器 (7)2.1.3 电极型电容传感器 (8)2.1.4 电容式传感器形式的确定 (8)2.2 结构参数设计2.2.1 电容值的估算 (9)2.2.2 电极挂水对测量精度的影响 (11)2.2.3 传感器形式的最终确定 (12)第三章检测电路的设计3.1 电容测量电路的设计3.1.1 检测电路 (13)3.1.2 电容充电规律 (15)3.2 由单片机采样转换电路的设计3.2.1 单片机电路 (16)3.2.2 复位电路 (18)3.2.3 A/D转换电路 (19)3.3 放大电路的设计3.3.1 放大电路的设计 (19)3.4 程序设计 (21)第4章实验数据的分析4.1稳定性实验及分析4.1.1稳定性实验测试方法 (22)4.1.2实验数据分析 (22)4.2 线性实验及分析 (23)4.2.1线性实验测试方法 (23)4.2.2实验数据分析 (24)4.3温度对介电常数(水)影响的实验及分析4.3.1水位传感器温度特性实验测试方法 (27)4.3.2实验数据分析 (27)第5章温度补偿和非线性补偿的原理和方法5.1温度补偿的原理 (32)5.2非线性补偿的方法 (33)结论 (35)谢辞 (36)参考文献 (37)参考资料:/bydesign/articles/moban/lw_detail.asp?lwid=6762&leibie=2/prodetail-2370264.html/view/4d3213c34028915f804dc20f.html。

电容式液位仪设计

电容式液位仪设计

电容式液位仪设计摘要:该液位计利用不同介质具有不同的介电常数的特性,使液面高度变化改变电容大小,建立线性方程,使得能通过检测电容大小检验出液面高度。

本液位计一共分六个局部,由RC文氏震荡电路,衰减电路,微分电路,滤波电路,整流电路和单片机检测显示局部组成。

其中电容板与运放组成微分电路,电容的大小与电路的输出大小呈线性。

单片机通过检测整流后的输出,得出页面高度。

此题的重点是设计合理的滤波电路,难点是如何提高精度。

2.方案论证本设计主要任务是测量平行探针的电容。

并探索电容的容量与液体高度的关系。

电容式传感器检测电路主要有交流半桥式检测电路、充放电检测电路、基于V/T变换的电容测量电路,交流锁相放大电容测量电路,分别论证如下。

方案1:交流半桥式检测电路AC电桥电容测量电路如图2所示,其原理是将被测电容在一个桥臂,可调的参考阻抗放在相邻的一个桥臂,二桥臂分别接到频率一样/幅值一样的信号源上,调节参考阻抗使桥路平衡,那么被测桥臂中的阻抗与参与阻抗共轭相等。

图2 交流半桥式检测电路这种电路的主要优点是:精度高,适合作精细电容测量,可以做到高信噪比。

方案2:充放电检测电路充/放电电容测量电路根本原理如图3所示。

由CMOS开关S1,将未知电容Cx充电至Ve,再由第二个CMOS开关S2放电至电荷检测器。

在一个信号充/放电周期从Cx传输到检波器的电荷量Q=Ve·Cx,在时钟脉冲控制下,充/放电过程以频率f=1/T重复进展,因而平均电流Im=Ve·Cx·f,该电流被转换成电压并被平滑,最后给出一个直流输出电压Vo=R f·Im=Rf·Ve·Cx·f(Rf为检波器的反应电阻) 。

图3 充放电检测电路方案3 基于V/T变换的电容测量电路V/T变换的电容测量电路根本原理如下列图所示。

图4 电容检测电路电流源Io为4DH型精细恒流管,它与电容C通过电子开关K串联构成闭合回路,电容C的两端连接到电压比拟器P的输入端,测量过程如下:当K1闭合时,基准电压给电容充电至Uc=Us,然后K1断开,K2闭合,电容在电流源的作用下放电,单片机的部计数器同时开场工作。

电容式液位传感器设计

电容式液位传感器设计

电容式液位传感器设计
1.选择合适的电极材料:电极是电容式液位传感器的核心部件,其材
料的选择与电容值的变化密切相关。

一般情况下,电极材料应具有良好的
耐腐蚀性能,并且能够与被测液体产生较大的电容值变化。

常用的电极材
料包括不锈钢、铜、铝等。

2.设计合理的电容结构:电容结构的设计对电容式液位传感器的灵敏
度和线性度有着重要的影响。

一般情况下,可以采用平行板电容结构,即
在容器内侧壁上固定一个金属电极,并将另一个金属电极悬挂于容器内的
液面上方。

当液位变化时,悬挂电极与液面之间的距离发生变化,从而改
变了电容值。

3.选择合适的信号处理电路:电容式液位传感器输出的是电容值的变化,需要通过信号处理电路将其转换为可用的电压或电流信号。

常用的信
号处理电路包括阻抗变换电路、相关计算电路等。

信号处理电路的设计应
充分考虑灵敏度、线性度和稳定性等因素。

4.考虑环境因素:电容式液位传感器在使用过程中会受到温度、压力、湿度等环境因素的影响。

设计时需要考虑传感器的工作温度范围、防护等级、防爆性能等,以保证传感器在恶劣环境下的稳定性和可靠性。

5.校准和调试:电容式液位传感器在安装和使用前需要进行校准和调试,以确保测量的准确性和可靠性。

校准时可以使用标准液位和测定值进
行比较,根据比较结果进行调整。

总之,电容式液位传感器的设计需要综合考虑材料选择、电容结构设计、信号处理电路设计、环境因素等多个方面的因素。

通过合理设计和严
格调试,可以实现对液位的准确测量。

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本 文利用电容测量原 理 、提 出电容式 蓄电池 液位 计 的 测量方法 ,该方法能连续测量 液位信号 ,便 于携带 ,且廉 价 、 可批量 生产 。该 产品能更好保护蓄 电池安全 、可靠运行 。 1 工 作 原 理
电容式 蓄电池液 位计采用 电容测量 原理 ,敏感元 件 主 要 由内极板 、绝缘套 、屏蔽管构成 。敏感元件 垂直于液面插 入 电解液 ,插入 深度 为 日,如图 1所示 。
图 中, 为 内极 板 直 径 ,cm; 为 绝 缘 套 外 径 ,cm; 为屏蔽管 内径 ,am; 为测量 区长度 ,cm,量程 由 决定 。
绝缘套
内极板引线 安装 区 测 量 区
闰 1 测 量 原 理 不 惹
屏蔽管与 电解液是 电导 通 ,可 看作 一体 。安装 区 的 内极 板 与屏蔽管构成 寄生 电容 C ,内极板底 面与 电解液构成 寄生 电容 C ,C ,C 为 常 数 。内 极 板 柱 面 与 电解 液 构 成 电 容 。, CH(pF)
112
传 感 器 与 微 系 统
第 37卷
? 麓
(2)
式 中 为空气 的相 对介 电常数 。 敏感元件简化前 等效 电路如 图 2(a)所 示 。
屏蔽 管
板 引线 屏
板 引 线
(a)简 化 前 等 效 电 路
CH
(b)简 化 后 等 效 电 路
令总寄生 电容为 ,则 Co=C1+C2 由于 C ,C2均为常数 ,则 Co亦 为常数。 令测量 区未插入 电解 液部分总 电容 为 C ,有
2018年 第 3ducer and Microsystem Technologies)
t 1 1
DOI:10.13873/J.1000-9787(2o18)07-0111--03
电容 式 蓄 电池 液 位 计 设 计
陈 勇 ,郭耀 境 ,刘 焱 ,邓从 杰 ,荆 志彬 ,孙 海雁
Design of capacitive battery liquid level m eter
CHEN Yong,GUO Yao-jing,LIU Yan,DENG Cong-jie,JING Zhi—bin,SUN Hai-yan (The 49th Research Institute,China Electronics Technology Group Corporation,Harbin 150001,Ch ina)
Abstract: Aiming at problem that there is no appropr iate portable tool to measure liquid level of battery,a capacitive liquid level meter of battery is designed by using capacitor pr inciple.Accuracy of product is enhanced by temperature com pensation.The working principle and design method of capacitive liquid level m eter of batter y aFe introduced in details.The experimentJ results show that the aeeuTacy of tbe capacitive battery ]iqnid level meter is prior to ±3 m m .which m eets requirem ents of using. K eyw ords: liquid level; electrolyte;capacitor;monostable tr igger; multi—harmonic oscillator
(中 国 电 子 科 技 集 团公 司 第 四 十 九 研 究 所 ,黑 龙 江 哈 尔 滨 150001)
摘 要 :针对蓄 电池液位测量 缺少合适 的便 携式工 具 的问题 ,利用 电容 原理 ,设计 了 电容式 蓄 电池液 位 计 ;通 过温 度补偿 ,提高 了产品的准确度 。详细介绍 了电容式蓄 电池液位计 的工作原理与设计方法 。实 验 结果表 明:电容式蓄 电池液位计 的准确 度优 于 ±3 mm,满足使 用要求。 关键词 :液位 ;电解液 ;电容器 ;单稳态触 发器 ;多谐振 荡器 中 图分 类 号 :TP212 文献 标 识 码 :A 文 章 编 号 :1000- 9787(2018)07- 0 111- 03
(3)
C : +
5 C3 C
(4)
简化后等效 电路 如图 2(b)所示 。令敏 感元 件 总 电容
0 引 言 富液式 蓄电池作 为大中型能量存储设备 ,可为船舶 、机
车 、电力 、通信 等设备 提供能源 。电解液液位直接影 响蓄 电 池 的存储 能量和工作安 全 :液位过 高 ,液体容 易溢 出 ,腐 蚀 其他物体 、引起接线端 子问短 路等 ;液位 过低 ,极板 露 出液 面 ,存储能量减少 、降低 蓄 电池 寿命 。其 中 ,酸性 蓄 电池 电 解 液为硫酸 (H SO )水溶 液… ,碱 性 蓄电池 电解 液为 氢氧 化 钾(KOH)和氢氧化钠 (NaOH) 。 目前 ,测 量 蓄 电池液 位 的方 法主要是浮球法 ,该方 法是安装式的 ,并且 只能测量 液位的最高点和最低点 ,无法随身携带 ,亦无 法连续测量液 位信号 。
c =
1.8 in
(1)
式 中 s 为绝缘套 的相对介 电常数 。 测 量 区未 插 入 电解 液 部 分 ,内极 板 与 屏 蔽 管 构 成 电容 ,
电介质有空气 、绝缘套两种 ,空气部分 的电容为 (pF),绝 缘套部分 的电容为 C (pF)。
收 稿 日期 :2018-04-23
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