CN216870745U - 一种顶端敏感型的电容开关检测电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种顶端敏感型的电容开关检测电路，属于工业过程控制技术领域。一种顶端敏感型的电容开关检测电路，包括传感器子模块，电容器子模块，电阻子模块，复位电路子模块。本实用新型传感器本身包含两个电极，不需要借助设备作为一个参考电极，利用金属结构边缘效应的电容，与周围介质的介电常数的改变导致的电容值的改变可以测量狭小空间的电容的变化量，检测的灵敏度更高，适用于狭小空间的液位测量，不受产品根部结料的影响，可用于测量油水分界面，重复性更高，回差更小，可用于泡沫的测量。
Description
技术领域
本实用新型涉及工业过程控制技术领域，更具体地说，涉及一种顶端敏感型的电容开关检测电路。
背景技术
电容开关，在目前的工业控制领域，应用的非常普遍，如在电厂的灰斗，原煤仓，食品加工行业的粮食储罐。料斗，化工行业的高低报警开关，油水分离行业的油品中的含水量分析等等。
但是目前采用的主要是三端结构的射频导纳开关为主，主要用于较大的设备，具有较大安装空间，检测的料位的变化范围较大，电容的变化范围也较大。但是用于测量的介电常数很低，甚至用于检测泡沫时，采用原来的结构就不合适，鉴于此，我们提出一种顶端敏感型的电容开关检测电路。
实用新型内容
1.要解决的技术问题
本实用新型的目的在于提供一种顶端敏感型的电容开关检测电路，以解决上述背景技术中提出的问题。
2.技术方案
一种顶端敏感型的电容开关检测电路，包括
传感器子模块，传感器子模块的一端接地，连接电极子模块的另一端与电容器子模块相连接；
电容器子模块，包括并联的电容C、电容C和电容C，所述电容C的一连接端连接有R，所述电容C的另一连接端接地保护；
电阻子模块，所述电阻子模块包括电阻R、电阻R、电阻R、电阻R、电阻R、电阻R、电阻R和运算放大器，
所述电阻R的一连接端与电容子模块并联连接，所述电阻R的另一连接端与电阻R相连接，
所述电阻R和电阻R并联，所述电阻R的一连接端与电容C相连接，所述电阻R的另一连接端与运算放大器的正向输入端的正极相连接，所述电阻R的另一连接端与运算放大器的输出端相连接，
所述电阻R和电阻R串联，所述电阻R的一连接端与电阻R相连接，所述电阻R的另一连接端与电阻R相连接，
所述电阻R的一连接端与电阻R相连接，所述电阻R的另一连接端接地保护，
所述电阻R的一连接端与电阻R相连接，所述电阻R的另一连接端与复位电路子模块相连接，
所述运算放大器的正向输入端的正极与电阻R相连接，所述运算放大器的正向输入端的负极与电阻R相连接，所述运算放大器的输出端与电阻R相连接；
复位电路子模块，所述复位电路子模块的RST端接地保护，所述复位电路子模块的GND端接地保护，所述复位电路子模块的GLK端与电阻R相连接，所述复位电路的VDD端接入电压，同时并联连接C， C的另一端接地保护。
优选地，所述传感器子模块包括封装在塑料壳体内部的两个电极。
优选地，所述传感器子模块的CPort,CPort分别接电容的两个电极，串联一个电容电容C。
优选地，传感器串联PF的电容后与比较器负端连接，并通过电阻与比较器的输出端连接形成一个与电容成反比的振荡回路，振荡的频率为-KHz。
优选地，U1高速比较器MAX975ESA的正端连接一个约为+V/2的电压，电阻R为热敏电阻与电阻R形成一个回差比较电压。
优选地，将振荡频率信号输入位计数器U，将振荡频率分频，选择分频，获得500Hz-1000Hz的振荡频率。
优选地，将频率信号转换成占空比与频率成反比的电压方波信号，输出与频率信号成反比电压信号。
3.有益效果
相比于现有技术，本实用新型的优点在于：
传感器本身包含两个电极，不需要借助设备作为一个参考电极，利用金属结构边缘效应的电容，与周围介质的介电常数的改变导致的电容值的改变可以测量狭小空间的电容的变化量，检测的灵敏度更高，适用于狭小空间的液位测量，不受产品根部结料的影响，可用于测量油水分界面，重复性更高，回差更小，可用于泡沫的测量。
附图说明
图1为本实用新型的整体流程示意图；
图2为本实用新型的电容测量的振荡回路及计数器的分频处理电路侧示意图；
图3为本实用新型的整体电路示意图；
图中标号说明：1、传感器子模块；2、电容器子模块；3、电阻子模块；4、复位电路子模块；5、电容C2；6、电容C3；7、电容C4； 8、电阻R2；9、电阻R4；10、电阻R5；11、电阻R6；12、电阻R7； 13、电阻R9；14、电阻R10。
具体实施方式
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
请参阅图1-3,本实用新型提供一种技术方案：
一种顶端敏感型的电容开关检测电路，包括
传感器子模块1，传感器子模块1的一端接地，连接电极子模块的另一端与电容器子模块2相连接；
电容器子模块2，包括并联的电容C25、电容C36和电容C47，电容C25的一连接端连接有R1，电容C25的另一连接端接地保护；
电阻子模块3，电阻子模块3包括电阻R28、电阻R49、电阻R510、电阻R611、电阻R712、电阻R913、电阻R1014和运算放大器，
电阻R28的一连接端与电容子模块并联连接，电阻R28的另一连接端与电阻R712相连接，
电阻R49和电阻R510并联，电阻R49的一连接端与电容C47相连接，电阻R49的另一连接端与运算放大器的正向输入端的正极相连接，电阻R510的另一连接端与运算放大器的输出端相连接，
电阻R611和电阻R1014串联，电阻R611的一连接端与电阻R712 相连接，电阻R611的另一连接端与电阻R510相连接，
电阻R712的一连接端与电阻R28相连接，电阻R712的另一连接端接地保护，
电阻R913的一连接端与电阻R510相连接，电阻R913的另一连接端与复位电路子模块4相连接，
运算放大器的正向输入端的正极与电阻R28相连接，运算放大器的正向输入端的负极与电阻R49相连接，运算放大器的输出端与电阻R510相连接；
复位电路子模块4，复位电路子模块4的RST端接地保护，复位电路子模块4的GND端接地保护，复位电路子模块4的GLK端与电阻 R913相连接，复位电路的VDD端接入电压，同时并联连接C5，C5的另一端接地保护。
具体的，传感器子模块1包括封装在塑料壳体内部的两个电极，将两个小电极密封在一个低介电常数的介质护套中。无需借助外界的电极，也更不易受到干扰。受电极周围介质的变化，产生电容的变化。检测电极间的电容值。相对介电常数的范围从1.5-80。
进一步的，传感器子模块1的CPort1,CPort2分别接电容的两个电极，串联一个电容电容C47，来约束实际的电容的变化范围，确保与测量电路的匹配。
值得说明的是，传感器串联680PF的电容后与比较器负端连接，并通过电阻与比较器的输出端连接形成一个与电容成反比的振荡回路。振荡的频率为200-500KHz。
值得注意的是，U1高速比较器MAX975ESA的正端连接一个约为 +V/2的电压，电阻R1014为热敏电阻与电阻R611形成一个回差比较电压，电阻R1014用于补偿温度变化导致的频率偏移。
除此之外，将振荡频率信号输入12位计数器U2，将振荡频率分频，将振荡频率分频，可以选择多种分频，本方案中选择256，获得 500Hz-1000Hz的振荡频率。
不得不说的是，将频率信号转换成占空比与频率成反比的电压方波信号，输出与频率信号成反比电压信号，输出的频率与测量电容值成反比，或输出电压信号与电容信号成正比，从而与顶端敏感电极组成一个电容传感器。
本领域技术人员完全可以实现，无需赘言，本实用新型保护的内容也不涉及对于内部结构和方法的改进。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本实用新型的优选例，并不用来限制本实用新型，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (7)
1.一种顶端敏感型的电容开关检测电路，其特征在于：包括
传感器子模块(1)，传感器子模块(1)的一端接地，连接电极子模块的另一端与电容器子模块(2)相连接；
电容器子模块(2)，包括并联的电容C2(5)、电容C3(6)和电容C4(7)，所述电容C2(5)的一连接端连接有R1，所述电容C2(5)的另一连接端接地保护；
电阻子模块(3)，所述电阻子模块(3)包括电阻R2(8)、电阻R4(9)、电阻R5(10)、电阻R6(11)、电阻R7(12)、电阻R9(13)、电阻R10(14)和运算放大器，
所述电阻R2(8)的一连接端与电容子模块并联连接，所述电阻R2(8)的另一连接端与电阻R7(12)相连接，
所述电阻R4(9)和电阻R5(10)并联，所述电阻R4(9)的一连接端与电容C4(7)相连接，所述电阻R4(9)的另一连接端与运算放大器的正向输入端的正极相连接，所述电阻R5(10)的另一连接端与运算放大器的输出端相连接，
所述电阻R6(11)和电阻R10(14)串联，所述电阻R6(11)的一连接端与电阻R7(12)相连接，所述电阻R6(11)的另一连接端与电阻R5(10)相连接，
所述电阻R7(12)的一连接端与电阻R2(8)相连接，所述电阻R7(12)的另一连接端接地保护，
所述电阻R9(13)的一连接端与电阻R5(10)相连接，所述电阻R9(13)的另一连接端与复位电路子模块(4)相连接，
所述运算放大器的正向输入端的正极与电阻R2(8)相连接，所述运算放大器的正向输入端的负极与电阻R4(9)相连接，所述运算放大器的输出端与电阻R5(10)相连接；
复位电路子模块(4)，所述复位电路子模块(4)的RST端接地保护，所述复位电路子模块(4)的GND端接地保护，所述复位电路子模块(4)的GLK端与电阻R9(13)相连接，所述复位电路的VDD端接入电压，同时并联连接C5，C5的另一端接地保护。
2.根据权利要求1所述的一种顶端敏感型的电容开关检测电路，其特征在于：所述传感器子模块(1)包括封装在塑料壳体内部的两个电极。
3.根据权利要求1所述的一种顶端敏感型的电容开关检测电路，其特征在于：所述传感器子模块(1)的CPort1,CPort2分别接电容的两个电极，串联一个电容C4(7)。
4.根据权利要求1所述的一种顶端敏感型的电容开关检测电路，其特征在于：传感器串联680PF的电容后与比较器负端连接，并通过电阻与比较器的输出端连接形成一个与电容成反比的振荡回路，振荡的频率为200-500KHz。
5.根据权利要求1所述的一种顶端敏感型的电容开关检测电路，其特征在于：U1高速比较器MAX975ESA的正端连接一个约为+V/2的电压，电阻R10(14)为热敏电阻与电阻R6(11)形成一个回差比较电压。
6.根据权利要求1所述的一种顶端敏感型的电容开关检测电路，其特征在于：将振荡频率信号输入12位计数器U2，将振荡频率分频，选择256分频，获得500Hz-1000Hz的振荡频率。
7.根据权利要求1所述的一种顶端敏感型的电容开关检测电路，其特征在于：将频率信号转换成占空比与频率成反比的电压方波信号，输出与频率信号成反比电压信号。
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