一种电容阵列式液位传感器的设计与实现.pdf

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1、2010年第29卷第3期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)89一种电容阵列式液位传感器的设计与实现唐正茂，王惠玲，刘志远，蔡春丽。，崔体波(1．华中科技大学船舶与海洋工程学院，湖北武汉430074；2．武汉第二船舶设计研究院。湖北武汉430064；3．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：通过对电容式液位传感器的分析与研究，设计了一种新型电容阵列式液位传感器。介绍了电容阵列式液位传感器的原理和设计方案。将电容一极板设计成阵列式结构，另一极板共用，采用基于充放电

2、原理的电容检测电路，用单片机STC89C52控制传感器中电容器的选通、数据的采集和处理，并计算出液位值，输出转换成4~20mA电流信号。实测结果表明：该液位传感器精度可达0．3％FS，零点输出稳定，漂移小，受温度影响小，热零点漂移指标优于2×10～FSPC。关键词：传感器；电容阵列；液位；充放电中图分类号：TP212文献标识码：A文章编号：1000-9787(2010)03-0089-03J1esi‘~nand_i-mplement0tncapaci‘ti·vearraY0li·qui·d’’leve’lSenSOrTANGZheng．ITIa

3、o，WANGHui—ling，LIUZhi—yuan。，CAIChun—li，CUITi．b0。(1．HuazhongUniversityofScienceandTechnologySchoolofNavalArchitecture&OceanEnginee~ng，Hubei，Wuhan430074。China：2．WuhanSecondShipDesignandResearchInstitute．Wuhan430064，China：3．49thResearchInstituteofChinaElectroicTechnologyGroupCo

4、rporation，Harbin150001，China)Abstract：Byanalyzingandresearchingoncapacitiveliquidlevelsensor，anewtypeofcapacitivearrayliquidlevelsensorisdesigned．Theprincipleanddesignschemeisintroduced．Oneelectrodeofcapacitanceisdesignedtoarraystructure，anotherisshared．Atinycapacitancedetec

5、tioncircuitbasedontheprincipleofcharginganddischargingisselected．SCMSTC89CA2isusedforcontrollingthegatingoftinycapacitance，dataacquisitionandprocessing．Theliquidleveliscalculatedandconvertedtocurrentsignalof4-20mA．Experimentalresultsshowthatthenon—linearityandprecisionofthel

6、iquidlevelsensorapproach0．3％FS．zerooutputisstable．Ithastheadvantageoflittledrifting，lowtemperatureinfluence，andzerotemperaturedriftislessthan2×10一FS／~C．Keywords：sensor；capacitivearay；liquidlevel；charginganddischarging0引言排列的一组平板电容器组成，所有电容器纵向排成一列，保电容传感器广泛用于多种检测系统中，用以测量诸如持等间距，有

7、一个公共极板，外加保护膜覆盖整个传感液位、压力、位移、加速度等物理量。电容传感器测量精度器。传感器工作原理示意图如图1所示，其中，各电容高，响应速度快，这些优点要依靠正确的传感器设计和处理器的高度、间距及两极板的距离可根据不同的精度要求进电路的设计J。环境温度和电容介质变化是影响传感器行设计。精度和稳定性的主要因素，为了克服这一缺点，多数的做法图中，电容C在液体中，C+在空气中。液体中电容是通过分析传感器的结构参数和介质环境温度等影响的变C以下的电容值均相等，空气中电容C+以上的电容值均化规律，建立补偿曲线，修正测量非线性和漂移。本文介绍相等。

8、由于液体的介电常数远大于空气介电常数，因此，在了一种阵列采用充放电检测电路，通过数字量来判断液测试过程中，C与C二者容值变化很大，从而确定液面位的电容