电容压力传感器液位测量系统设计

基 于 电 容 动化二

压 力 传 感 器 的 液 位 测 量 系 统 设

计 **:***

班级：电气自

学号：************

摘要：电容式压力传感器是以各种类型的电容器作为敏感元件，将被测压力的变化转换为电容量变化的一种

传感器，具有结构简单、高分辨率、可非接触测量，并能在高温、辐射和强烈震动等恶劣条件下工作的独特优

点。随着集成电路技术和计算机技术的发展，促使它扬长避短，成为一种很有发展前途的传感器。 一种测量水位用的电容式传感装置。电容式传感体将电信号输入线性电容检测电路，促使其方波发生电路与单稳态电路输出脉冲送入与门电路进行复合，从而使与门输出的脉宽变化线性地反映传感体浸入水中后增加的所测量可变电容的变化。而线性修正电路则弥补检测电路输出所造成的非线性误差。本实用新型线性好，

性能指标优良，线路简便。

关键词：传感器、压力、电容、测量

引言：传感器的研究始于二十世纪三十年代，它是研究非电量信息与电量间转换的一门跨学科边缘技术科学。

早期传感器是模拟式传感器，现在常称为传统传感器。随着高性能计算机测控系统的发展，当系统对传感器提出数字化、智能化要求后，传统传感器不再与系统向适应。控制系统要求传感器输出数字信号，并具备较强的信息处理和自我管理能力，以实现信息的采集与信息的预处理，减轻控制计算机的数据处理负担和提高整个测

控系统的可靠性。

A0rA电容传感器的基本理想公式为： C d

d

改变A、d、 三个参量中的任意一个量，均可使平板电容的电容量C 改变，固定三个参量中的两

个，可以做成三种类型的电容传感器。 1

液位电容式传感器测量原理：导电液体电容式传感器主要利用传感器两电极的覆盖面积随被测液体液位

的变化而变化，从而引起电容量变化的关系进行液位测量。图1为传感器部分结构原理图：

图1 2 液位测量系统设计：该系统是由数据测量电路和单片机检测监控系统两个部分组成。

首先，被测电路由电容式传感器与二极管环形桥路组成，如图2所示

当液体处在圆柱形电极与圆柱形容器之间，由于液面高度不同，引起介电常数变化，导致电容量的变化。电路由脉冲发生器产生信号提供激励电压，设低电平为E1，高电平为E2，脉冲方波频率为f;电桥一端接标准电容器Cd,另一端接电容式传感器Cx，A为电流／电压放大器（设放大器系数为A），Uo为输出电压。当液位为0时，调Cd,为0.当

液位变化为H时，Uo与液位成正比例关系，即

U0 = AfΔ C ( E2 - E1)

πε

≈ Af ( E2 - E1 )2H／ln（D／d）

测量系统采用具有较高性能价格比的8031单片机，系统结构原理如图3所示，由A／D转换、键盘接口及动态显示、

液位报警监测电路等组成。

图3

由传感器检测到的模拟信号，由ADC0809转换成数字信号送入8031单片机。P2. 7和WR联合控制启动转换信号端( START)和ALT端，低三位地址加到ADC0809的ADDA、ADDB、ADDC端，选中ADC0809的INO通道的地址为7FF8H，传感器检测到的液位信号可以从INO端送入。ADC0809的时钟取自8031的ALE经二分频的信号，当A／D转换完毕，

8031读取转换后的数字量。

其次，由LED显示器，锁存器74LS373、存储器2764、8155扩展I／O的行列式键盘组成键盘接口及动态显示电路。其中，2764的CE引脚为片选信号的输入端，低电平有效，它通过LS7406与转换器ADC0809的OE端相接，2764占有的存储器地址为8000H─FFFFH,该单元设置15个键，数字键0─9的键值与键名相同，其余5个键为功能键，它

们对应的键值如表1所示：

表1

在键盘扫描程序中，对数字键是直接将该键值送到显示缓冲区进行显示。在该电路中，显示两部分:右边四位LED管显示所设置的极限液位高度；左边四位LED管显示由单片机计算出的实际液位高度。对功能键

需找到功能键处理程序入口地址，再转去执行该键的功能。在使用时，先按设定键，然后按数字键，设定

液位高度值，最后按启动键，开始进行液位测量。

当实际液位高于设定值时，由8031的P1.0口输出报警信号，驱动发光二极管报警，同时，由P1.2通过

7406驱动压电式蜂鸣器产生蜂鸣音响，进行报警。

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结束语：尽管该电容式液位测量系统比光纤液位传感器测量系统的测量准确低，但它具有结构简单、成本低、零点漂移小和性能稳定以及对导电和非导电的液体的液位都能测量的优点，所以，它可以对测量误差要求稍低的液位进行测量。使用时应注意：（1）传感器电极高度与被测液位高度变化有关；（2）电容式传感器必须固定在液池中，才能保证测量的准确性。不过我相信随着集成电路技术和计算机技术的发展，会促使它扬长避短，

成为一种很有发展前途的传感器。

由于它是接触式测量，会影响原来液体的液位，而测量出来的是新的液位高度基于电容压力传感器的液位测量系统设计比较有难度，所以说这些资料都不是我一人独立完成的，其中借鉴了许多资料，其中有很多东西

写的不是很详细。

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参考资料：

柳桂国：《传感器与自动检测技术》

查显国：《液位检测系统的前端设计》

高晓蓉：《自动检测技术》