电容式矿用水位传感器

传感器原理及工程应用（论文）

基于电容式 脉冲测水位传感器

学生姓名： 学生学号： 指导教师：任爽

所在学院：信息技术学院 专 业：电气工程及其自动化

中国·大庆 2011 年 12 月

摘要

摘要

电容式脉冲测水位传感器利用开关电容传感器将水位参量直接转换成具有与其相应宽度的脉冲，并通过调零网络后输入到74LS393所组成的串码/并码变换电路后转换为12位并码输入到89S52单片机中，通过单片机的数据采集、数字滤波数和据处理后在LED数码管显示出来．系统中还设有两个扩展输出接口，一个是4—20mA标准模拟远传信号，另一个为485通讯接口。此外，系统可在量程内连续设定高低水位超限的界定值，并有相应的报警输出。本设计采用开关电容传感器。它具有结构合理、响应快、稳定可靠、使用范围广泛等突出特点，可进行各种导电介质液位的在线实时监测。

关键词：水位监控 开关电容式传感器 单片机 测量电路

I

目录

目录

摘要 ..................................................................................................... I 前言 ..

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一、基本原理和结构类型 四、测量电路 二、输入－输出特性 五、电容传感器的一些特殊问题

三、等效电路分析

六、电容式传感器的应用

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电容器是电子技术的三大类无源元件 (电阻、电感和电容)之一，利用电容器的 原理，将非电量转化为电容量，进而实现 非电量到电量的转化的器件称为电容式传 感器。电容式传感器已在位移、压力、厚 度、物位、湿度、振动、转速、流量及成 分分析的测量等方面得到了广泛的应用。 电容式传感器作为频响宽、应用广、非接 触测量的一种传感器，是很有发展前途的。

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一、基本原理和结构类型

典型的电容式传感器中的电容通常做成平行平面形或平 行曲面形。 以平行平面电容器为例分析，当极板的集合尺寸（长和宽） 远大于极间距离和介质均匀条件下（此时电场的边缘效应可忽 略），平行平面电容器电容为 s

C

式中：

d

s ——两个极板相互覆盖的面积；

常数为 0 8.85 10 12 F m

——极板间介质的介电常数（空气或真空的介电

）

d ——两个极板间的距离；

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东北石油大学

课 程 设 计

课 程 传感器课程设计

题 目 电容式重量测量系统设计 院 系 电气信息工程学院 专业班级 测控技术与仪器12-2 学生姓名 学生学号 指导教师 邹彦艳 刘继承

2015年7 月 8

任务书

课程 传感器课程设计 题目 电容式重量测量系统

专业 测控技术与仪器 姓名 桂存斌 学号 120601240210 主要内容：

电容式重量传感器：设计的传感器根据受压不同，输出信号不同。

本设计要求完成重量传感器的设计，采用电容式设计电路。电容式称重传感器是要求把被称物体重量转换为电容容量变化的一种传感器。通常为差动变间距电容式称重传感器，采用调频电路，要求是一个具有可变参数的电容器。 基本要求：

1、按照技术要求，

实验二：变面积式电容传感器

一、 变面积式电容传感器的性能

实验目的：了解变面积式电容传感器的工作原理和工作情况。 所需单元和部件：电容变换器（面板示意图见图1（a））差动放大器，直流稳压电源、电桥、低通滤波器V/F表、测微器。

有关旋钮的初始位置：直流稳压电源置于0V档，差动放大器增益旋钮置于中间，V/F表中V表置于20V。 注意事项：

（1） 电容片的一组动片和两组定片不能相碰。

（2） 如果紧接着作下一个实验并与本实验进行灵敏度比较，就不能改变差动放

大器的增益。

图1

图2

实验步骤：（差动放大器增益调到最大调0，然后将增益打到中间）

（1） 转动测微器，将梁上振动平台中间的磁铁与测微头相吸，使双平行梁处于

（目测）水平位置，这时电容片的一组动片一般处于上下两组定片的中间。

（2） 根据如图2的电路结构，将电容片的动片和（任意）一组定片，与电容变

换器、差动放大器、直流稳压电源、电桥、低通滤波器、电压表连接起来，组成一个测量线路。

（3） 将直流稳压电源置于2V档，调整电桥平衡电位器W1，使电压表指示为零。 （4） 往下旋动测微器，使梁的自由端往下产生位移，从而改变电容片的动片和

定片的相对位置（即改变覆盖面积，示意图见图1（b），每位移0.5mm，记一个电压表数

实验二：变面积式电容传感器

一、 变面积式电容传感器的性能

实验目的：了解变面积式电容传感器的工作原理和工作情况。 所需单元和部件：电容变换器（面板示意图见图1（a））差动放大器，直流稳压电源、电桥、低通滤波器V/F表、测微器。

有关旋钮的初始位置：直流稳压电源置于0V档，差动放大器增益旋钮置于中间，V/F表中V表置于20V。 注意事项：

（1） 电容片的一组动片和两组定片不能相碰。

（2） 如果紧接着作下一个实验并与本实验进行灵敏度比较，就不能改变差动放

大器的增益。

图1

图2

实验步骤：（差动放大器增益调到最大调0，然后将增益打到中间）

（1） 转动测微器，将梁上振动平台中间的磁铁与测微头相吸，使双平行梁处于

（目测）水平位置，这时电容片的一组动片一般处于上下两组定片的中间。

（2） 根据如图2的电路结构，将电容片的动片和（任意）一组定片，与电容变

换器、差动放大器、直流稳压电源、电桥、低通滤波器、电压表连接起来，组成一个测量线路。

（3） 将直流稳压电源置于2V档，调整电桥平衡电位器W1，使电压表指示为零。 （4） 往下旋动测微器，使梁的自由端往下产生位移，从而改变电容片的动片和

定片的相对位置（即改变覆盖面积，示意图见图1（b），每位移0.5mm，记一个电压表数

I 西安石油大学本科课程设计

课 程 设 计

课程 《安全检测技术》课程设计 题目 油库安全监测系统传感器设计八 （电容式液位传感器设计）

电子工程学院 安全工程专业 安全1002班

学号 201005040224 学生 指导老师 徐 竟 天

二○一三年六月

I

西安石油大学本科课程设计

《安全检测技术》课程设计任务书

题 目 学生姓名 油库安全监测系统传感器设计八（电容式液位传感器设计） 学号 201005040224 专业班级 安全1002班 课程设计主要完成某油库安全监测系统硬件设计中电容式液位传感器的选型、应用及接线等。要求运用已学过各类传感器的知识，完成安全监测系统中传感器的原理、选型、厂家产品参数、接线等内容，将书本传感器的理论知识与厂家具体产品对应起来，使得可以真正理论联系实际。 要求熟

收稿日期:2001203208　修改稿日期:2001205214

H S1100/H S1101电容式湿度传感器及其应用

林　敏　于忠得大连轻工业学院　辽宁省大连市　116034

侯秉涛

大连工业学校　辽宁省大连市　116033

　　【摘要】介绍了一种新型的电容式湿度传感器的湿敏特性及其测量显示仪表的工作原理、电路

组成与优良性能。关键词:湿度　测量　电路中图分类号:TH837

1　引言

测量空气湿度的方式很多,其原理是根据某种物质从其周围的空气中吸收水分后引起的物理或化学性质的变化,间接地获得该物质的吸水量及周围空气的湿度。电容式、电阻式和湿涨式湿敏元件分别是根据其高分子材料吸湿后的介电常数、电阻率和体积随之发生变化而进行湿度测量的。下面介绍HS1100/HS1101湿度传感器及其应用。

2　特点

不需校准的完全互换性,高可靠性和长期稳定性,快速响应时间,专利设计的固态聚合物结构,有顶端接触(HS1100)和侧面接触(HS1101)两种封装产品,适用于线性电压输出和频率输出两种电路,适宜于制造流水线上的自动插件和自动装配过程等。

图1为湿敏电容工作的温、湿度范围。图2为湿度-电容响应曲线

。

图1　HS11××湿敏电容工作的温湿度范围

相对湿度在0

第四节 电容式传感器应用举例一、电容式压力传感器外壳

p2

p1

金金金金

过过音

C L CH =K (PH PL)=K P C L + CH

凹凹凹凹

膜膜

差动式电容压力传感器结构图

二、 电容式加速度传感器4 3 1—固固固固； d2 d1 6 2 1 C2 5 C1 2—绝绝绝； 3—质质质； 4—弹弹； 5—输输输； 6—壳壳

差动式电容加速度传感器结构图 C d ≈2 C0 d0

1 S = d = at 2 2

C d at 2 ≈2 = C0 d0 d0

三、差动式电容测厚传感器

C

音音音音音音音C0 C1 C2 R T R

音音音音音

全全全全音

差差音音音

差动式电容测厚仪系统组成框图

电容测厚传感器是用来对金属带材在轧制过程中厚度 的检测，其工作原理是在被测带材的上下两侧各置放一块 面积相等， 与带材距离相等的极板，这样极板与带材就构 成了两个电容器C1 、C2。把两块极板用导线连接起来成为 一个极， 而带材就是电容的另一个极，其总电容为C1 + C2 , 如果带材的厚度发生变化， 将引起电容量的变化， 用交流 电桥将电容的变化测出来， 经过放大即可由电表指示测量 结果。 

四、电容式液位计

棒状电极(金属管) 棒状电极(金属管)

介绍了一种本实验室开发的集成传感器,它实现了敏感电容和接口电路在一块芯片上的集成。重点分析了它的接口电路,基于施密特触发器构建,实现敏感电容值以及参考电容值与频率值的转换,通过对两频率求差来抑制各种共模干扰。对样片进行了测试,输出频率与理论值有较大的偏差。通过分析,给出了测试结果发生偏差的原因。最后,给该电路设计了启动电路,改进了CMOS开关控制电路,重新对电路

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第5章《电容传感器》在线练习

思考题与习题

1 ．单项选择题

1 ）在两片间隙为 1mm 的两块平行极板的间隙中插入，可测得最大的电容量。

A. 塑料薄膜

B. 干的纸

C. 湿的纸 D . 玻璃薄片

2 ）电子卡尺的分辨率可达 0.01mm ，行程可达 200mm ，它的内部所采用的电容传感器型式是。

A. 变极距式

B. 变面积式

C. 变介电常数式

3 ）在电容传感器中，若采用调频法测量转换电路，则电路中。

A. 电容和电感均为变量

B. 电容是变量，电感保持不变

C. 电容保持常数，电感为变量

D. 电容和电感均保持不变

4 ）利用图 5-14 所示的湿敏电容可以测量。

A. 空气的绝对湿度

B. 空气的相对湿度

C. 空气的温度

D. 纸张的含水量

5 ）电容式接近开关对的灵敏度最高。

A. 玻璃

B. 塑料

C. 纸

D. 鸡饲料

6 ）图 5-22 中，当储液罐中装满液体后，电容差压变送器中的膜片。

A. 向左弯曲

B. 向右弯曲

C. 保持不动

7 ）自来水公司到用户家中抄自来水表数据，得到的是。

A. 瞬时流量，单位为 t/h

B. 累积流量，单位为 t 或 m3

C. 瞬时流量，单位为 k/g

D. 累积流量，单位为 kg

8 ）在图 5-23 中，管道中的流体自左向右流动时，。

A. p 1