【文章內容簡介】 聚氟導線工作溫度在60℃ ~ 250℃之間，這種既耐嚴寒又耐高溫的無微孔結構傳感器在拓寬應用范圍上有十分重要的意義，尤其在我國東北和大西北地區(qū)的野外現(xiàn)場作業(yè)和石油、化工生產(chǎn)線上更具有重要作用。通過實際測量，單根聚氟導線電容量分辨率很低，當水位微變時，分辨率不能滿足要求，這樣就給后續(xù)電路設計增加了一定難度，為解決這一問題，采用導線線束組成電容傳感器，其電容量為 C=∑C i，傳感器靈敏度為 C 總 =NC 單 /m，N越大靈敏度越高，因此，傳感器靈敏度和測量精度都得到很大改善。新型自動水位測控系統(tǒng)電容傳感器的電原理結構決定了必須有作為地線的一根裸線直接插入水中，形成了水位監(jiān)測系統(tǒng)的地線直接與大地連接，這種接地方法對抵御雷擊起著致關重要的作用，大大降低了現(xiàn)場的維護頻率，提高了系統(tǒng)的可靠性，這種兩線制傳感器，無需現(xiàn)場供電，使系統(tǒng)成為一種（現(xiàn)場）無源、免維護自動化控制儀表，尤其對高位（如 40 米水塔）水位監(jiān)測控制系統(tǒng)更具重要意義。 電容傳感器特點傳感器原理及工程應用論文 5 電容傳感器在具體的設計應用上還要考慮其如下優(yōu)缺點：? 優(yōu)點：Ｉ．溫度穩(wěn)定性好電容式傳感器的電容值一般與電極材料無關，有利于選擇溫度系數(shù)低的材料，又因本身發(fā)熱量極小，影響穩(wěn)定性甚微。而電阻傳感器有銅損等，易發(fā)熱產(chǎn)生零漂。Ⅱ．結構簡單電容式傳感器結構簡單，易于制造，易于保證高的精度，可以做得非常小巧，以實現(xiàn)某些特殊的測量；能工作在高溫，強輻射及強磁場等惡劣的環(huán)境中，可以承受很大的溫度變化，承受高壓力，高沖擊，過載等；能測量超高溫和低壓差，也能對帶磁工作進行測量。Ⅲ．動態(tài)響應好電容式傳感器由于帶電極板間的靜電引力很?。s幾個 105N ） ，需要的作用能量極小，又由于它的可動部分可以做得很小很薄，即質量很輕，因此其固有頻率很高，動態(tài)響應時間短，能在幾兆赫茲的頻率下工作，特別適用于動態(tài)測量。又由于其介質損耗小可以用較高頻率供電，因此系統(tǒng)工作頻率高。它可用于測量高速變化的參數(shù)。Ⅳ．可以實現(xiàn)非接觸測量，具有平均效應例如非接觸測量回轉軸的振動或偏心率、小型滾珠軸承的徑向間隙等。當采用非接觸測量時，電容式傳感器具有平均效應，可以減小工件表面粗糙度等對測量的影響。電容式傳感器除了上述的優(yōu)點外，還因其帶電極板間的靜電引力很小，所需輸入力和輸入能量極小，因而可測極低的壓力、力和很小的加速度、位移等，可以做得很靈敏，分辨力高，能敏感 甚至更小的位移；由于其空氣等介質損耗小，采用差動結構并接成電橋式時產(chǎn)生的零殘極小，因此允許電路進行高倍率放大，使儀器具有很高的靈敏度。? 缺點Ｉ．輸出阻抗高，負載能力差電容式傳感器的容量受其電極的幾何尺寸等限制，一般只有幾個皮法到幾百皮法，使傳感器的輸出阻抗很高，尤其當采用音頻范圍內的交流電源時，輸出阻抗高達 108~10Ω。因此傳感器的負載能力很差，易受外界干擾影響而產(chǎn)生不穩(wěn)定現(xiàn)象，嚴重時甚至無法工作，必須采取屏蔽措施，從而給設計和使用帶來極大的不便。容抗大還要求傳感器絕緣部分的電阻值極高（幾十兆歐以上） ，否則絕緣部分將作為旁路電阻而影響儀器的性能（如靈敏度降低） ，為此還要特別注意周圍的環(huán)境如濕度、清潔度等。若采用高頻供電，可降低傳感器輸出阻抗，但高頻放大、傳輸遠比低頻的復雜，且寄生電容影響大，不易保證工作十分穩(wěn)定。Ⅱ．寄生電容影響大傳感器原理及工程應用論文 6 電容式傳感器的初始電容量小，而連接傳感器和電子線路的引線電纜電容（1~2m 導線可達 800pF） 、電子線路的雜散電容以及傳感器內極板與其周圍導體構成的“寄生電容’ ’卻較大，不僅降低了傳感器的靈敏度，而且這些電容（如電纜電容）常常是隨機變化的，將使儀器工作很不穩(wěn)定，影響測量精度。因此對電纜的選擇、安裝、接法都有要求。隨著材料、工藝、電子技術，特別是集成技術的發(fā)展，使電容式傳感器的優(yōu)點得到發(fā)揚而缺點不斷地得到克服。電容式傳感器正逐漸成為一種高靈敏度、高精度，在動態(tài)、低壓及一些特殊測量方面大有發(fā)展前途的傳感器。傳感器原理及工程應用論文 7 3. 電容式脈沖測水位傳感器設計與實現(xiàn)基于對現(xiàn)行 IEC 國際標準的質疑，在此，提出一種新型自動水位測控系統(tǒng)信息結構的設計思路和理念：◆在結構設計上打破了國內外延續(xù)多年的傳統(tǒng)自動控制模式：徹底摘除控制系統(tǒng)隱患的根源——變送器?！粲脭?shù)字量取代模擬量直接進行信息傳輸，根除溫漂、零漂及各種雜波干擾，實現(xiàn)數(shù)字化水位自動監(jiān)控系統(tǒng)。◆采用電容傳感器，摒棄傳統(tǒng)檢測方法，利用電容的開關特性，通過檢測其充放電時間來獲取實時脈沖寬度?！艨刂葡到y(tǒng)設置標準的 4~20mA 輸出和 485 接口輸出，形成雙重接口功能，即適用于通用的模擬信號輸出，又適用于目前國內外發(fā)展迅速的總線控制的對應二次儀表接口形式。 系統(tǒng)結構設計新型自動水位測控系統(tǒng)的信息結構如圖 31 所示：從圖 11 和圖 31 的對比可以看到：新型自動水位測控系統(tǒng)的信息結構與 IEC 國際標準信息結構不同之處在于摒棄了以標準模擬量進行信息遠傳的變送器，使其在結構上發(fā)生了根本性的改變，這種在監(jiān)測現(xiàn)場摘除變送器的設計思路給水位監(jiān)控系統(tǒng)減輕了經(jīng)濟負擔和維修壓力，尤其是從根本上剔除了模擬量，實現(xiàn)了全數(shù)字水位信息系統(tǒng)，對解決此前一系列自動化儀表系統(tǒng)中的瓶頸問題創(chuàng)造了一個全數(shù)字環(huán)境，突破這些難題后給 CANBUS 總線打下了十分重要的基礎。圖 31 自動水位測控系統(tǒng)結構顯示單元水位參量通訊通道485數(shù)字量電容式傳感器將水位參量 h 直接轉換成數(shù)字量集單片機數(shù)據(jù)采集、LED 數(shù)顯、兩位限位調控接點輸出及具有485 通信接口和4~20mA 擴展口的終端高端計算機監(jiān)控系統(tǒng)顯示單元軟啟動控制柜傳感器原理及工程應用論文 8 測控電路實施方案圖 32 所示，為數(shù)字化水位自動控制系統(tǒng)設計原理框圖，設計思路為在與開關電容傳感器接口電路中，將水位參量 h 直接轉換成具有與其相應寬度的脈沖系列并通過調零網(wǎng)絡后進入單片機的前向通道，將水位信息通過單片機的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和數(shù)字濾波后在 LED 三位數(shù)顯中顯示出來，在系統(tǒng)后向通道中設有兩個擴展口，一個是 4~20mA 標準模擬遠傳信號，另一個為 485 通訊接口。此外，系統(tǒng)可在量程內連續(xù)設定高低水位超限的界定值，并有相應的兩個空接點輸出。圖 3