CN103256964B - 一种电容液位测量装置 - Google Patents
一种电容液位测量装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103256964B CN103256964B CN201310130218.4A CN201310130218A CN103256964B CN 103256964 B CN103256964 B CN 103256964B CN 201310130218 A CN201310130218 A CN 201310130218A CN 103256964 B CN103256964 B CN 103256964B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- resistance
- amplifier
- electric capacity
- phase inverter
- output terminal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)
Abstract
本发明涉及的是一种电容液位测量装置。电容采集到的液位信号，通过电容容抗消耗能量的形式反映测量液位的变化。信号源以固定的频率信号传送给功率驱动电路，功率驱动再将信号输入给测量电容；同时功率电流转换电路将功率信号转换成电流信号输出。本发明通过由电容构成的传感器电路具有元件少、电路结构简单、稳定性好、测量精度高、电路反映灵敏等优点，适用不同类型电容器探头直接进行液位测量，测量精度优于0.1%。电流型参数输出，易于进行远程测量、数字显示和自动化控制。适宜作为液位测量传感器电路应用。
Description
技术领域
本发明提供的是工程应用中液位测量传感器电路，具体地说是一种电容液位测量装置。
背景技术
目前，工程中应用液位测量有许多种方法，通常采用的主要有浮子式、压力法、核辐射法、光导法、超声波法、微波法、雷达法、电容及射频导纳方式进行液面探测。当环境条件、机械部件、传输距离远、自动化水平问题影响时，这些探测方法易受到干扰，致使探测到的液位信息不准确而造成误判断。
电容液位传感器具有探头结构简单、动态响应好、灵敏度高、分辨力强、无可动部件、不易损坏、使用寿命长的优点，并能在恶劣环境工作等优点，是目前应用广泛的一种。电容液位计是利用空气和液体作电容器两级极板间的电介质，将液位变化转换成静电电容变化，用电子学的方法测量电容值，从而探测液体高度信息。但目前电容探头存在缺点：一是由于探头本身结构特性决定其输出阻抗高、负载能力差，易受外界干扰；二是电容液位测量信号因探头电容量小，测量电路的杂散电容以及与周围导体构成的寄生电容大，给精确的电容信号转换带来困难。为此，围绕电容探头设计，出现许多改进电路，目的是为了提高测量精度、方便远距离传输，以实现数字化显示、远程监控和自动化控制。但是这些设计是为了某种特定需要而进行的改进，所以设计电路结构复杂，对电容探头的结构方式也有不同的要求。
发明内容
为了克服现有液位测量的缺陷，本发明提出了一种电容液位测量装置。该装置通过运放和电容构成的电容传感器，解决电容液位传感器电路设计简单、精度高、抗干扰能力强的技术问题。
本发明解决技术问题所采用的方案是：
信号源采集到的电容信号通过电路传送给功率驱动电路，通过功率驱动进行功率转换后再输出，功率驱动电路同时将电容信号输入给测量电容。
C1电容两端连接在+15V电源和GND之间；DZ1稳压管正极连接在+15V电源上，负极一端连接在U3A运放的正极上；R2电阻一端连接在GND上，另一端连接在U3A运放的负极上；R3电阻连接在U3A运放的正极与输出端之间；W1滑动电阻两端连接在U3A运放的输出端与U3B运放的正极之间，W1滑动电阻的滑动端连接在U3A运放的正极上；R4电阻连接在U3A运放的正极与U3B运放的正极之间；U3B运放的负极与输出端相连接并通过R9电阻与运放U3D的负极相连接；R5电阻连接在U3A运放的输出端与U3C运放的正极之间；R8电阻一端连接在U3A运放与R5电阻的连接线上，另一端连接在U3C运放的负极上；R7电阻一端连接在U3C运放的正极与R5电阻的连接线上，另一端分别通过导线与C3电容和W2滑动电阻的一端相连接，C3电容的另一端、W2滑动电阻的另一端和滑动端与+15V电源相连接；C9电容连接在+15V电源和GND之间；U3C运放的负极与输出端之间连接有R12电阻；C4电容连接在+15V电源与U3D运放的负极之间；U3C运放的输出端依次连接有R11电阻、R10电阻、C11电容后与U3D运放的输出端相连接；D3二极管的负极连接在C4电容上，D3二极管的正极连接在R11电阻与R10电阻之间的连接线上；U3D运放的正极通过导线连接在R10电阻和C11电容之间的到线上；C5电容一端连接在+15V电源上，C5电容另一端分别通过连接线与U1A反相器的负极、X1晶振、R15电阻的相连接，U1A反相器正极、X1晶振、R15电阻的另一端连接后再与U1B反相器和U1B反相器相的负极相连接，U1B反相器和U1B反相器相的正极连接在一起后再与U2D反相器、U2E反相器、U2F反相器的负极相连接，U2D反相器、U2E反相器、U2F反相器的正极通过连接线与R14电阻相连接，R14电阻另一端通过C10电容与电容探头相连接；D5二极管的负极与D4二极管的正极连接在R14相连接，D5二极管的正极连接有+15V电源，D4二极管的负极与Q1三极管的发射集相连接；C8电容连接在D3正极与+15V电源之间，并同时C8电容与D3正极的连接线与R14相连接；C7电容连接在D3正极与+15V电源之间；U3D运放的输出端与Q2三极管的基极相连接，Q2三极管的发射极与Q1三极管的基极相连接，Q2三极管与Q1三极管的集电极与C2电容连接后构成输出端OUTPUT，C2电容另一端连接在+15V电源上；U3B运放的电源管脚和地管脚分别与+15V电源和GND相连接。
积极效果，本发明通过由电容电路构成的传感器电路具有元器件少、电路结构简单、稳定性好的优点，并能够提高测量精度，电路反应灵敏，适用不同类型电容直接进行液位参数电流输出，易于进行远程测量、数字显示和自动化控制。适宜作为液位测量传感器电路应用。
附图说明
图1为本发明电路原理框图
图2为本发明电容液位测量电路图。
具体实施方式
据图1所示，信号源采集到的电容信号通过电路传送给功率驱动电路，通过功率驱动进行功率转换后再输出，功率驱动电路同时将电容信号输入给测量电容。
据图2所示，C1电容两端连接在+15V电源和GND之间；DZ1稳压管正极连接在+15V电源上，负极一端连接在U3A运放的正极上；R2电阻一端连接在GND上，另一端连接在U3A运放的负极上；R3电阻连接在U3A运放的正极与输出端之间；W1滑动电阻两端连接在U3A运放的输出端与U3B运放的正极之间，W1滑动电阻的滑动端连接在U3A运放的正极上；R4电阻连接在U3A运放的正极与U3B运放的正极之间；U3B运放的负极与输出端相连接并通过R9电阻与运放U3D的负极相连接；R5电阻连接在U3A运放的输出端与U3C运放的正极之间；R8电阻一端连接在U3A运放与R5电阻的连接线上，另一端连接在U3C运放的负极上；R7电阻一端连接在U3C运放的正极与R5电阻的连接线上，另一端分别通过导线与C3电容和W2滑动电阻的一端相连接，C3电容的另一端、W2滑动电阻的另一端和滑动端与+15V电源相连接；C9电容连接在+15V电源和GND之间；U3C运放的负极与输出端之间连接有R12电阻；C4电容连接在+15V电源与U3D运放的负极之间；U3C运放的输出端依次连接有R11电阻、R10电阻、C11电容后与U3D运放的输出端相连接；D3二极管的负极连接在C4电容上，D3二极管的正极连接在R11电阻与R10电阻之间的连接线上；U3D运放的正极通过导线连接在R10电阻和C11电容之间的到线上；C5电容一端连接在+15V电源上，C5电容另一端分别通过连接线与U1A反相器的负极、X1晶振、R15电阻的相连接，U1A反相器正极、X1晶振、R15电阻的另一端连接后再与U1B反相器和U1B反相器相的负极相连接，U1B反相器和U1B反相器相的正极连接在一起后再与U2D反相器、U2E反相器、U2F反相器的负极相连接，U2D反相器、U2E反相器、U2F反相器的正极通过连接线与R14电阻相连接，R14电阻另一端通过C10电容与电容探头相连接；D5二极管的负极与D4二极管的正极连接在R14相连接，D5二极管的正极连接有+15V电源，D4二极管的负极与Q1三极管的发射集相连接；C8电容连接在D3正极与+15V电源之间，并同时C8电容与D3正极的连接线与R14相连接；C7电容连接在D3正极与+15V电源之间；U3D运放的输出端与Q2三极管的基极相连接，Q2三极管的发射极与Q1三极管的基极相连接，Q2三极管与Q1三极管的集电极与C2电容连接后构成输出端OUTPUT，C2电容另一端连接在+15V电源上；U3B运放的电源管脚和地管脚分别与+15V电源和GND相连接。
本发明的功能：
X1晶振、R15电阻与反向器U1A构成稳定频率输出的信号源。信号源经过两个反相器U1B、U1C隔离推动由三个反相器U2D、U2E、U2F构成的功率输出级电路，功率级输出经过连接一个小阻值的电阻C14和大容量电容C10隔离加到测量探头电容的两端。三个反相器构成的功率级U2的供电首先经过二极管D3从振荡信号源的供电电压上获取。当由15伏供电总电源与功率级U2的供电电源经三极管构成新的通路时，其供电电压转由运放U3D和PNP三极管Q1和Q2构成的恒流电路提供。功率级的供电电压等于运放U3D的输入参考电压，功率级的供电电流等于输出电流。运放U3A、稳压管DZ1和电阻R1、R2、R3、W1构成稳压电路；一路供给电流调节电路供电，调节输出初始电流；另一电路用过电位器W2和U3B反相器提供的电压同时为振荡电路供电和运放U3D正极输入提供参考电压；通过调节W1改变震荡源和功率输出级的电源电压，改变测量电流信号的最大值。运放U3B、电位器W2和电阻R1、R2、R3、W2构成了电流信号调节电路，经R11电阻连接到功率级的供电端，通过调节W2，改变测量输出的初始电流。当电路工作时，电容探头侵入被测介质中，当液位的变化时，使得电容阻抗发生变化，容性负载从功率电路吸收的电流按照比例发生变化，由于功率电路的供电电压是不变的，所以容性负载从功率级吸收的电流既是由恒流源提供的电流，既传感器输出的测量电流。
本发明工作原理：
电容传感器是将非电量液位的变化转换为电容量变化的一种传感器。电容敏感元件虽然在外观上差别较大，但结构方案基本是两类：平行板式和圆柱同轴式，其电容表达式分别是：
平板电容： ……………(1)
式中电容量（单位,法拉）
导体间极板间距（单位，米）
相对介电常数（/）
真空介电常数（/）
电容极板间介质的介电常数（/）；
同轴电容：…………..(2)
式中外圆筒与圆筒柱覆盖部分的长度（）
电容极板间介质的介电常数（/）
内圆柱的外半径和外圆柱的内半径（）。
按照同心筒状电容器的公式，气体部分的电容
………….(3)
液体部分的电容
…………….(4)
总电容 …………..(5)
经推导，两种不同类型电容传感器与液位之间均有如下通用的关系式：
…………….(6)
为不变的初始电容，为灵敏度。可以看出，探头的电容值与被测介质的液位高度之间存在线性比例关系，因而检测出传感器的电容值能够推算出被测介质的液位。上述公式推导是基于被测介质及空气介质的介电常数不变的假设为理论基础。但当环境、温度变化和被测介质有掺杂物时，可能导致介电常数的改变，这样使测量误差也随之增大。改进的办法，通过增加一组固定尺寸的电容传感器监测被测介质的变化来进行修正。
测量方法的设计依据:
电容传感器测量液位依据的关系式为：
电容在某一固定频率下的容抗为:
驱动电路输出的功率为：,
驱动电路输出的电流为：I=
若功率电路电压幅度和激励信号频率不变，则输出电流与液位的关系式为：I=
式中。
本发明的特点：
电容液位测量电路中信号源采用是晶体振荡器工作的，频率稳定；功率级的供电电压经过运放U3D以电流源形式提供的，具备运放输入参考电压一样的稳定性，这样，测量电容吸收的电流就是功率级电路所消耗的电流，也就是恒流源电路提供的电流，将电流输出的测量电路与功率级的供电路和二为一，简化了电路设计。
Claims (1)
1.一种电容液位测量电路，信号源采集到的电容信号通过电路传送给功率驱动电路，通过功率驱动进行功率转换后再输出，功率驱动电路同时将电容信号输入给测量电容；其特征是：
C1电容两端连接在+15V电源和GND之间；DZ1稳压管负极连接在+15V电源上，正极一端连接在U3A运放的正极上；R1电阻一端连接+15V电源，另一端连接U3A运放的负极；R2电阻一端连接在GND上，另一端连接在U3A运放的正极上；R3电阻连接在U3A运放的正极与输出端之间；W1滑动电阻两端连接在U3A运放的输出端与U3B运放的正极之间，W1滑动电阻的滑动端连接在U3A运放的输出端上；R4电阻连接在U3A运放的负极与U3B运放的正极之间；U3B运放的负极与输出端相连接并通过R9电阻与运放U3D的负极相连接；R5电阻连接在U3A运放的输出端与U3C运放的正极之间；R8电阻一端连接在U3A运放与R5电阻的连接线上，另一端连接在U3C运放的负极上；R7电阻一端连接在U3C运放的正极与R5电阻的连接线上，另一端分别通过导线与C3电容和W2滑动电阻的一端相连接，C3电容的另一端、W2滑动电阻的另一端和滑动端与+15V电源相连接；C9电容连接在+15V电源和GND之间；U3C运放的负极与输出端之间连接有R12电阻；C4电容连接在+15V电源与U3D运放的负极之间，C4电容与U3D运放负极连接线接地；U3C运放的输出端依次连接有R11电阻、R10电阻、C11电容后与U3D运放的输出端相连接；D3二极管的正极连接在C4电容上，D3二极管的负极连接在R11电阻与R10电阻之间的连接线上；U3D运放的正极通过导线连接在R10电阻和C11电容之间的连接线上；C5电容一端连接在+15V电源上，C5电容另一端分别通过连接线与U1A反相器的输入端、X1晶振、R15电阻的一端相连接，U1A反相器输出端、X1晶振、R15电阻的另一端相连接后再与U1B反相器输入端和U1C反相器的输入端相连接，U1B反相器输出端和U1C反相器输出端连接在一起后再与U2D反相器、U2E反相器、U2F反相器的输入端相连接，U2D反相器、U2E反相器、U2F反相器的输出端通过连接线与R14电阻一端相连接，R14电阻另一端通过C10电容与电容探头相连接；D5二极管的正极与D4二极管的负极连接R14电阻与U2D反相器、U2E反相器、U2F反相器的输出端的连接线上，D5二极管的负极连接+15V电源，D4二极管的正极与Q1三极管的发射极相连接；C8电容连接在D3负极与+15V电源之间，并同时C8电容与D3负极的连接线与R14电阻与U2D反相器、U2E反相器、U2F反相器的输出端的连接线相连接；C7电容连接在D3负极与+15V电源之间，C7电容与D3负极连接线接地；U3D运放的输出端与Q2三极管的基极相连接，Q2三极管的发射极与Q1三极管的基极相连接，Q2三极管与Q1三极管的集电极与C2电容的一端连接后构成输出端OUTPUT，C2电容另一端连接在+15V电源上；U3B运放的电源管脚和地管脚分别与+15V电源和GND相连接。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310130218.4A CN103256964B (zh) | 2013-04-16 | 2013-04-16 | 一种电容液位测量装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310130218.4A CN103256964B (zh) | 2013-04-16 | 2013-04-16 | 一种电容液位测量装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103256964A CN103256964A (zh) | 2013-08-21 |
| CN103256964B true CN103256964B (zh) | 2015-12-02 |
Family
ID=48961025
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201310130218.4A Expired - Fee Related CN103256964B (zh) | 2013-04-16 | 2013-04-16 | 一种电容液位测量装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103256964B (zh) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101414199B1 (ko) * | 2014-03-21 | 2014-07-01 | 금양산업(주) | 정전용량식 수위 감지 회로 |
| CN104236673A (zh) * | 2014-09-30 | 2014-12-24 | 四川泛华航空仪表电器有限公司 | 复合式液位传感器 |
| CN107065979A (zh) * | 2017-03-30 | 2017-08-18 | 成都优创复材科技有限公司 | 基于电流调节型微胶囊材料储存设备用温度控制系统 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN2103125U (zh) * | 1991-08-27 | 1992-04-29 | 辽河油田热电厂 | 调频式耐腐蚀电容液位计 |
| JP3559098B2 (ja) * | 1995-05-12 | 2004-08-25 | 日本電波株式会社 | 液面測定装置 |
| CN201716078U (zh) * | 2010-07-23 | 2011-01-19 | 北京昆仑海岸传感技术中心 | 一种液面变送器信号处理模块 |
-
2013
- 2013-04-16 CN CN201310130218.4A patent/CN103256964B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN2103125U (zh) * | 1991-08-27 | 1992-04-29 | 辽河油田热电厂 | 调频式耐腐蚀电容液位计 |
| JP3559098B2 (ja) * | 1995-05-12 | 2004-08-25 | 日本電波株式会社 | 液面測定装置 |
| CN201716078U (zh) * | 2010-07-23 | 2011-01-19 | 北京昆仑海岸传感技术中心 | 一种液面变送器信号处理模块 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 一种与介质无关的电容式液位测量方法研究;冯斌;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技II辑》;20100215(第2期);全文 * |
| 一种用于测量饮料包装中液位的电容式传感器;齐亮等;《传感技术学报》;20090131;第22卷(第1期);全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103256964A (zh) | 2013-08-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN200986461Y (zh) | 智能电容式液位测量仪 | |
| CN105387909B (zh) | 电压输出式油量传感器 | |
| CN103256964B (zh) | 一种电容液位测量装置 | |
| CN103727964B (zh) | 一种基于lc谐振传感器的力学参数测量系统与测量方法 | |
| CN103278181A (zh) | 一种无源lc谐振式传感器的无线读出电路 | |
| CN103292836A (zh) | 扫频模式下lc传感器的测量系统及其测量方法 | |
| CN102313622A (zh) | 电容检测电路及电容式压力变送器 | |
| CN102507047A (zh) | 一种非接触无源传感器信号测试系统 | |
| CN201688893U (zh) | 磁致伸缩液位测量仪 | |
| CN103941099A (zh) | 基于虚拟电感的电容耦合式非接触电导测量装置及其方法 | |
| CN110231071A (zh) | 一种基于电容式传感器的液位测量装置 | |
| CN103196769A (zh) | 一种基于石英晶体微天平的博物馆微环境监测装置 | |
| CN1330945C (zh) | 射频测介式料位传感器 | |
| CN102305653A (zh) | 无线工业液位变送器 | |
| CN110426064B (zh) | 无线无源传感器及无线无源传感方法 | |
| CN201348620Y (zh) | 一种能同时检测甲醇和乙醇的辛烷值汽油测试仪 | |
| CN203275512U (zh) | 智能检测微波功率传感器 | |
| CN205262548U (zh) | 液位监测电压信号传感器 | |
| CN203241310U (zh) | 一种基于石英晶体微天平的博物馆微环境监测装置 | |
| CN201859000U (zh) | 一种电容式液位变送器 | |
| CN209014657U (zh) | 一种精密电容测量装置 | |
| CN202083511U (zh) | 智能无线电容式压力变送器 | |
| CN105352584A (zh) | 一种基于电容式传感器的微弱信号检测方法 | |
| CN204129211U (zh) | 一种基无源无线多参数传感器智能电能表温升检测装置 | |
| CN103278300A (zh) | 一种非接触式桥梁挠度传感器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C53 | Correction of patent for invention or patent application | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Zhou Dehai Inventor after: Xin Dazhi Inventor after: Fu Yongjie Inventor before: Zhou Dehai Inventor before: Fu Yongjie |
|
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: ZHOU DEHAI FU YONGJIE TO: ZHOU DEHAI XIN DAZHI FU YONGJIE |
|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20151202 Termination date: 20160416 |