【正文】 著舉足輕重的作用，國內(nèi)和國際上早已形成了許多水位測量的傳統(tǒng)方法，而且根據(jù)應(yīng)用場合和要求不同，傳感器的各項技術(shù)指標(biāo)也有較大差別。近幾年來，隨著材料工藝技術(shù)和微電子技術(shù)的快速發(fā)展，水位測量也出現(xiàn)了很多新方法，例如磁致伸縮法、光纖光學(xué)法等等。(2)增加系統(tǒng)運行成本由于需要對信號進行現(xiàn)場的調(diào)理和傳送，因此，變送器方式的現(xiàn)場電路比較復(fù)雜，成本較高，如果需要改用數(shù)字通信方式傳送信息，則會增加電路復(fù)雜程度，進一步提高成本。此外，這種采用傳感器—變送器—（包括計算機在內(nèi)的）監(jiān)控終端所組成的開環(huán)或閉環(huán)系統(tǒng)，在以模擬信息進行遠傳的模式下，由最前端的模擬通道所引發(fā)的溫漂、零漂和外界雜波干擾所帶來的各種擾動一直是很難徹底根除的自動控制系統(tǒng)的瓶頸問題。傳感器的作用主要是獲取信息，它是信息技術(shù)的源頭。傳感監(jiān)測系統(tǒng)越來越向著微型化、集成化、數(shù)字化、智能化方向發(fā)展。50mm 圓柱型結(jié)構(gòu)，其內(nèi)裝的聚氟導(dǎo)線束的芯線為一個電極，而插入水底的一根金屬裸銅線為另一電極，當(dāng)把兩個電極垂直置于水中時，作為導(dǎo)體的水將聚氟絕緣層無孔不入地團團包圍在絕緣層外側(cè)，形成一個同軸可變電容器，如圖 27 所示，芯線電極直徑為 d，絕緣層均勻地套在圓柱型金屬芯線電極外面，電容器兩個電極之間的介電常數(shù)為 ε 的絕緣介質(zhì)，其外徑為 D，導(dǎo)電液體的電極引出端為裸銅線。在液位最高時，傳感器電容量達到最大值，電容量 C 與 H 定量關(guān)系式為： （22）??=2????/?????〖??/??〗 * ??式中 C 為電容量；ε 為聚氟導(dǎo)線絕緣層的介電常數(shù)；H 為液位高度；D 為聚氟導(dǎo)線外徑；d 為聚氟導(dǎo)線內(nèi)徑。顯然 H 與 C 的關(guān)系式證明了電容量是以水位高度的實時變化為自變量的單調(diào)線性函數(shù)。電容傳感器的結(jié)構(gòu)可因被測對象不同而具有不同形式，但都是將液位的高度變化轉(zhuǎn)換為電容量變化，我們以檢測水位為例：經(jīng)過多次實驗分別對電極絕緣層厚度情況和絕緣情況以及導(dǎo)電液體導(dǎo)電情況進行了對比性研究，發(fā)現(xiàn)絕緣品質(zhì)、抗酸堿腐蝕及耐溫等性能越好的涂層介質(zhì)，其穩(wěn)定性越好，測量越準(zhǔn)確，如用高壓絕緣膠作絕緣介質(zhì)較用普通絕緣膠的效果要好，電極涂層介質(zhì)層越薄，其靈敏度越高，但介質(zhì)層太薄時，厚度不均勻性及雜質(zhì)吸附的影響很大；實驗結(jié)果與所用液體的電導(dǎo)率也有重要關(guān)系，導(dǎo)電好的液體，測量結(jié)果越穩(wěn)定，測量也越準(zhǔn)確，且線性度越好。一般傳感器導(dǎo)線線束由于在液體中長期浸泡，傳感器的微孔被液體雜質(zhì)所堵塞，造成液位失控。另外通過實驗方法對聚氟導(dǎo)線在 0℃~100℃溫域內(nèi)檢測導(dǎo)線電容量變化，發(fā)現(xiàn)所選用聚氟導(dǎo)線電容溫度梯度 ΔC/Δt=0 ，故不必?fù)?dān)心水位檢測溫漂問題。通過實際測量，單根聚氟導(dǎo)線電容量分辨率很低，當(dāng)水位微變時，分辨率不能滿足要求，這樣就給后續(xù)電路設(shè)計增加了一定難度，為解決這一問題，采用導(dǎo)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。 電容傳感器特點傳感器原理及工程應(yīng)用論文 5 電容傳感器在具體的設(shè)計應(yīng)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(guān)，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。Ⅱ．結(jié)構(gòu)簡單電容式傳感器結(jié)構(gòu)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。又由于其介質(zhì)損耗小可以用較高頻率供電，因此系統(tǒng)工作頻率高。Ⅳ．可以實現(xiàn)非接觸測量，具有平均效應(yīng)例如非接觸測量回轉(zhuǎn)軸的振動或偏心率、小型滾珠軸承的徑向間隙等。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(zhì)損耗小，采用差動結(jié)構(gòu)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。因此傳感器的負(fù)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(yán)重時甚至無法工作，必須采取屏蔽措施，從而給設(shè)計和使用帶來極大的不便。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(fù)雜，且寄生電容影響大，不易保證工作十分穩(wěn)定。因此對電纜的選擇、安裝、接法都有要求。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?！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)?！艨刂葡到y(tǒng)設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)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(nèi)外發(fā)展迅速的總線控制的對應(yīng)二次儀表接口形式。圖 31 自動水位測控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)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(diào)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(yīng)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(shè)計原理框圖，設(shè)計思路為在與開關(guān)電容傳感器接口電路中，將水位參量 h 直接轉(zhuǎn)換成具有與其相應(yīng)寬度的脈沖系列并通過調(diào)零網(wǎng)絡(luò)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(shè)有兩個擴展口，一個是 4~20mA 標(biāo)準(zhǔn)模擬遠傳信號，另一個為 485 通訊接口。圖 32 測量電路原理圖八位水位 H數(shù)字信息4~20mA輸出485 通訊接口開關(guān)電容傳感器增益及零點調(diào)節(jié)電路τ 1形成電路τ H形成電路時基電路邏輯轉(zhuǎn)換串碼/并碼轉(zhuǎn)換電路INT1并口AT89S52輕觸鍵與數(shù)顯數(shù)據(jù)存儲器 74LS75輸出傳感器原理及工程應(yīng)用論文 9 系統(tǒng)硬件及工作原理如圖 32 原理圖所示，首先在傳感器通道中將開關(guān)電容在被測液體由水位 H所形成的相應(yīng)電容量 CH