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1、液位测量控制系统（完整版）实用资料(可以直接使用，可编辑 完整版实用资料，欢迎下载）- 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： 2021-2021学年 第一学期摘要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
2、品价格惊人。以上液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- 1 -目 录摘 要 . . I I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
3、. 43.1 电容式液位计 . 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 .122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
4、面以上，电解质就是绝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
5、入单片机，通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？- 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应的电压脉冲宽度变
6、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。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
7、/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CHCH=2。（L H ）/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 得- 5 -C=CHC 。=2（。）H/ln(R1/R0 （3）式由上式可知, 参数。
8、 ，R1 ，R0 都是定值。所以电容的变化量C 与液位变化量H 呈近似线性关系。因为参数。， R1 ，R0 ，L 都是定值，由式(2变形可得：CH = a。+ b。H ( a。和b 。为常数 (4 式可见，传感器的电容量值CH 的大小与电容器浸入液体的深度H 成线性关系。由此，只要测出电容值便能计算出水位。 图33 液位高度与电容变化曲线6第四章 电信号放大电路设计4.1 电容测量电路设计 图41 运算放大器测量电路原理图如图所示，本设计采用运算法测量电路来转化，该电路由传感器Cx 、固定的标准电容C 。和运算放大器A 组成。4.2 放大电路由于传感器得出的电压一般在030mv之间，不易测量，所以要通过放大电路进行放大，本设计采用最基本的比例运算反放大电路。 图42 比例放大电路要将30mv 电压放大成5v ，根据公式U=（R1/R2
