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1、- I -福建电力职业技术学院课 程 设 计课程名称： 传感器与检测技术课设 题目： 液位测量控制系统 专业班次： 姓 名： 学 号： 指导教师： 学 期： 2011-2011 学年 第一学期 日 期： 2012.2.13-2012.2.20 摘要II摘 要在工业领域中，液位测量是一项重要的研究方法，有利于工业技术的进步和经济效益的提高，液位测量在许多控制领域已较为普遍。各种类型的液位测量传感器较多，按原理分为浮子式、压力式、超声波式、吹气式等。各种方式都根据其需要设计而成，其结构、量程和精度适用于各自不同的场合，大多结构较为复杂，制造成本偏高；市面上也有现成的液位计，多数成品价格惊人。以上液
2、位计多数输出为模拟量电流或电压，有些为机械指针读数，不能用于远程监视；普遍适用于静止液面，在波动液面易引起读数的波动；也有用电容法测量液位的系统，电容式传感器具有结构简单、灵敏度高、动态响应特性好、适应性强、抗过载能力大及价格便宜等特点，因此适用于测量液位，是一种简单易行的方案。本文利用圆柱形电容器原理，结合单片机设计出液位测量装置。关键词： 液位测量、传感器、单片机传感器检测技术课程设计- 1 -目 录摘 要 .II第一章 设计方案 .21.1 设计原理 .21.2 系统框图 .2第二章 传感器原理 .32.1 传感器概述 .32.2 电容式传感器原理 .3第三章 电路设计 .43.1 电容
3、式液位计 .43.2 测量原理 .4第四章 电信号放大电路设计 .64.1 电容测量电路设计 .64.2 放大电路 .6第五章 A/D 转换电路及单片机接口 .75.1 A/D 转换器设计 .75.2 与单片机的接口电路 .75.3 控制电路的设计 .85.4 显示电路设计 .8第六章 软件系统的设计 .10第七章 小结 .11参考文献 .12液位测量控制系统2第一章 设计方案1.1 设计原理电容式液位传感器的工作原理取决于液体类型。对于导电液体，为了避免短路，两个传感器电极中至少有一个是绝缘的。在气液分界面以下，液体表现为导体，因此，电容的电解质仅仅是绝缘电极。在气液分界面以上，电解质就是绝
4、缘电极与电极之间的空气，因而产生更小的电容。另一方面，对于非导电液体，电极不需要绝缘。在气液分界面以下，电解质是液体（其介电常数高于空气） 。而分界面以上，则是空气。对于两种类型的液体，随着液位的升高，在气液分界面以下的电极的面积也就增加，进而导致电容增大。本设计采用筒式电容传感器采集液位的高度。主要利用其两电极的覆盖面积随被测液体液位的变化而变化，从而引起对应电容量变化的关系进行液位测量。由于传感器的输出信号一般都很微弱，因此需要有信号调理与转换电路对其进行放大、运算和调剂等。从放大电路出来的是模拟量，因此送入 ADC0809 转换成数字量，ADC0809 连接于单片机，把信号送入单片机，通
5、过单片机控制水泵的运转。1.2 系统框图控制设备被测物理量传感器放大、整形、滤波A/D 转换器单片机显示设备这个是图，图标题呢？传感器检测技术课程设计- 3 -第二章 传感器原理2.1 传感器概述 在当今信息化时代发展过程中，各种信息的感知、采集、转换、传输和处理的功能器件传感器，已经成为各个应用领域，特别是自动检测、自动控制系统中不可缺少的重要技术工具。传感器一般由敏感元件、转换元件和信号调理与转换电路组成，它是一种能感受规定的被测量，并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。2.2 电容式传感器原理 电容式液位传感器系统，利用了被测体的导电率。通过传感器测量电路将液位高度变化转换成相
6、应的电压脉冲宽度变化，再由单片机进行测量并转换成相应的液位高度进行显示，该系统对液位深度具有测量、显示与设定功能，并具有结构简单、成本低廉、性能稳定等优点。液位测量控制系统4第三章 电路设计3.1 电容式液位计图 31 电容式液位计结构 图 32 电容式液位计原理图如图 32 为电容式液位计结构原理图。如图所示的液位计主要由细长的不锈钢管（半径为 R1） 、同轴绝缘导线（半径为 R0）以及其被测液体共同构成的金属圆柱形电容器构成。该传感器利用其两电极的覆盖面积随被测液体液位的变化而变化，从而引起对应电容量变化的关系进行液位测量3.2 测量原理 由上图可知，当可测量液位 H=0 时，不锈钢管与同
7、轴绝缘导线构成的金属圆柱形电容器之间存在电容 C。=2。L/ln(R1/R0)（1）式（1） 式中，C。为电容量（单位为 F ） ， 。为容器内气体的等效介电常数，单位为 F/ m， L 为液位最大高度， R1 为不锈钢管半径，R0 为绝缘导线半径，单位为 m。当可测量液位为 H 时，不锈钢管与同轴绝缘电线之间存在电容 CH CH=2。 （LH）/ln(R1/R0)+2H/ln(R1/R0)=2。L/ln(R1/R0)+2（。 ）H/ln(R1/R0)（2）式式中， 为容器内气体的等效介电常数，单位为 F/ m。因此，当传感器内液位由零增加到 H 时，其电容的变化量 C 可由式(1) 和式(2)
