摘要: 為測(cè)量深井液面的高度, 針對(duì)其口徑小、深度大等特點(diǎn), 克服了一般傳感器在其測(cè)量上的缺點(diǎn), 設(shè)計(jì)了一種電容式液位傳感器系統(tǒng); 它利用被測(cè)液體的導(dǎo)電率, 通過傳感器測(cè)量電路將液位高度變化轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓脈沖寬度變化, 再由單片機(jī)進(jìn)行測(cè)量并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的液位高度進(jìn)行顯示, 詳細(xì)描述了傳感器的結(jié)構(gòu)、原理、硬件設(shè)計(jì)及測(cè)量方法, 同時(shí)對(duì)電路波形、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析; 模擬實(shí)驗(yàn)表明, 該系統(tǒng)對(duì)液位深度、時(shí)間、溫濕度等具有測(cè)量、顯示與設(shè)定功能, 并具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。

　　0 　引言

　　目前, 工程應(yīng)用中液位的測(cè)量常用方法主要有超聲波、激光、紅外測(cè)距、機(jī)械浮子、壓力傳感器測(cè)距等幾種。這些測(cè)量方式對(duì)一般液位的測(cè)量來說雖有各自的優(yōu)點(diǎn), 但對(duì)于有些特殊的場(chǎng)合(如滲流井、地下水位、小口徑水井等) 卻都存在明顯的問題和致命的不足: 超聲波測(cè)距需一定的面積反射, 而且量程一般不超過20m; 激光測(cè)距則受介質(zhì)影響, 管壁折射大,成本高; 紅外測(cè)距也受介質(zhì)影響, 需反射鏡, 而且自動(dòng)對(duì)焦困難; 機(jī)械測(cè)量自動(dòng)化水平低、易磨損、維護(hù)不便; 壓力傳感器在大量程時(shí)線性度又不高等。為此, 設(shè)計(jì)并采用電容式傳感器就顯得更具有現(xiàn)實(shí)意義, 它對(duì)口徑小(直徑不超過10cm) 、深度大等特殊場(chǎng)合的液位測(cè)量有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì), 既克服了以上傳感器的測(cè)量困難、成本高、維護(hù)不便等弱點(diǎn), 又容易適應(yīng)現(xiàn)代監(jiān)測(cè)的需要, 提高了測(cè)量水平。本系統(tǒng)通過模擬工程中深井的特殊環(huán)境, 對(duì)該傳感器進(jìn)行了試驗(yàn)測(cè)量, 效果令人滿意, 并獲得了國家實(shí)用新型的授權(quán)(號(hào): ZL 0322213319) 。

　　1 　傳感器測(cè)量原理

　　1.1 　傳感器的組成

　　圖1 為傳感器部分的結(jié)構(gòu)原理圖。它主要是由細(xì)長(zhǎng)的不銹鋼管(半徑為R1 ) 、同軸絕緣導(dǎo)線(半徑為R0 ) 以及其被測(cè)液體共同構(gòu)成的金屬圓柱形電容器構(gòu)成。該傳感器主要利用其兩電極的覆蓋面積隨被測(cè)液體液位的變化而變化 , 從而引起對(duì)應(yīng)電容量變化的關(guān)系進(jìn)行液位測(cè)量。

圖1 　傳感器原理圖

　　1.2 　測(cè)量原理

　　由圖1 可知, 當(dāng)可測(cè)量液位H = 0 時(shí), 不銹鋼管與同軸絕緣導(dǎo)線構(gòu)成的金屬圓柱形電容器之間存在電容C0 , 根據(jù)文獻(xiàn)得到電容量為:

全文PDF：