4.1 电容传感器检测液位（课件）-《传感器与自动检测技术》同步教学（中国铁道出版社）

第4章 物位和流量的检测 4.5超声波测距装置的制作和调试 4.2 超声波传感器检测物位 4.1 电容传感器检测液位 4.3 流量的检测 4.4 光纤传感器测量液位 4.1 电容传感器检测液位 4.1 电容传感器检测液位 4.1.1物位检测的方法 1. 物位检测含义 物位是液位、料位、界位的总称。 （1）液位指设备和容器中液体介质表面的相对高度或自然界中江、河、湖、水库的表面。 （2）料位指设备和容器中所储存的块状、颗粒或粉末状固体物料的堆积高度或表面位置。 （3）界位指相界面位置，即在同一容器中由于两种密度不同且互不溶解的液体间或液体与固体之间的分界面位置。 4.1 电容传感器检测液位 2. 物位传感器的分类 按测量方式可分为连续测量和定点测量两大类： 连续测量：能持续测量物位的变化，连续式物位传感器主要用于连续控制和仓库管理等方面，有时也可用于多点报警系统中； 定点测量：只检测物位是否达到上限下限或某个特定位置，定点测量仪表一般称为物位开关，它主要用于过程自动控制的门限、溢流和空转防止等，目前，开关式物位传感器应用比较广。 4.1 电容传感器检测液位 按工作原理大致可分为以下几类： （1）直读式。（2）压力式。（3）浮力式。（4）机械接触式。（5）电气式。（6）光学式。（7）声学式。（8）其他方法。 （a）浮球式物位计 （b）音叉式物位计 （c）电感式液位计 （d）超声波式液位计 （e）激光液位计 （f）雷达物位计 （g）磁致伸缩物位计 （h）重锤液位计 4.1 电容传感器检测液位 4.1.2电容式传感器的基本工作原理 电容传感器是基于被测物理量的变化可以转换为电容量变化来测量的，它具有结构简单，分辨率高，抗干扰能力强，动态响应快，能在恶劣工况条件下工作，并能实现非接触式测量等特点，广泛应用于工业上位移、物位、流量、振动、湿度、压缩、变形等非电量的检测。 4.1 电容传感器检测液位 电容式传感器是将被测量的变化转换成电容量变化的传感装置。 由物理学可知，电容器的电容量是构成电容器的两极片形状、大小、相互位置及介质介电常数的函数。 以平行板电容器为例，如图所示，当不考虑边缘电场影响时，平板电容器的电容为 A ——极板面积，A=ab d ——极板间距； ε——极板间介质的介电常数 根据电容器参数变化的特性，电容式传感器可分为变极距型、变面积型和变介质型三种类型。 4.1 电容传感器检测液位 1. 变极距型电容式传感器 如传感器的初始电容量为C0，当动极板2移动x值后，其电容值Cx为： 当x<<d0 时，即位移x远小于极板初始距离d0 时，则上式可近似为 此时，电容变化量为 变极距式电容传感器的特性曲线 从图中可以看到，为了提高灵敏度，应使当d0小些还是大些？当变极距式电容传感器的初始极距d0较小时，它的测量范围变大还是变小？ a）    结构示意图 b）电容量与极板距离的关系 1—定极板 2—动极板 4.1 电容传感器检测液位 2. 变面积型电容式传感器 变面积型电容传感器有平行板式、角位移式、圆筒式等几种。 （1）平行板式变面积型电容器 设初始电容为 两极板遮盖面积为A =ab，当动极移动x后，A值发生变化，Ax =a（b－x），电容量CX也随之改变 4.1 电容传感器检测液位 （2）角位移式变面积电容传感器 设初始电容为 当动极板2有一角位移时，两极板的相对应面积A发生改变，导致两极板间的电容量发生变化，这时，电容量为 4.1 电容传感器检测液位 （3）圆筒式变面积电容传感器 设内外筒长度为L，则初始电容为 当内圆筒2向左移动x时，电容量为 由上式可知，内外圆筒的半径越小，灵敏度越高。在实际应用时，外圆筒必须接地，这样可以屏蔽外界电场干扰，并能减小人体及金属体与内圆筒的分布电容，以减小误差。 4.1 电容传感器检测液位 3. 变介质型电容式传感器 变介质型电容传感器的极距、覆盖面积不变，被测量的变化使其极板之间的介质发生变化，因为各种介质的介电常数不同，所以电容器的电容量也会随之变化，这类传感器主要用于固体或液体的物位测量以及各种介质的湿度、密度的测定。 表4-2为常见