久久儀表講解電容式液位變送器的工作原理

來源：河北智茂節能科技有限公司 2013年10月31日 13:34

圖1是電容式液位變送器的工作原理及等效電路圖。變送器敏感元件是相互絕緣的兩個同心金屬圓柱，它們作為電容的兩個極板，金屬內電極外敷聚四氟乙烯絕緣層，外電極內直徑為D，內電極的外直徑和絕緣層直徑分別為d和D ；兩電極間的介質為空氣、溶液和絕緣層，相對介電常數分別為，、和 3，介電常數￡0約為8．85×10 F／m；是液面的高度，是總高度。

由式（2）可知，當待測溶液的介電常數8 固定不變時，電容式液位變送器的電容量與被測液位成線性關系。通過測量變送器的電容c ，就可以得到液位值Hl。

2 電容測量原理

本系統中所使用的電容式液位變送器的本體電容約為78 pF。滿液位時，總電容量約為283 pF。為了達到一定的精度，測量電容的變化量需要在0．5 pF以下。根據這些特點，并對電容式液位變送器的測量電路進行分析研究，提出了一種基于充放電原理的新的電容測量電路方法。圖2中為參考電壓，基準電壓、充電電阻尺及充電電容C和開關K構成電容的充放電回路。保證，>U 的情況下，K閉合，電容c放電，當小于時，比較器A輸出低電平；K斷開，電容c充電，當增大到時，比較器A輸出高電平。將比較器輸出的上升沿和下降沿用于驅動計數器計數，可以得出電容的充電時間t，將t代人式（4）即可得到待測的電容c。對電容的測量充分利用了MSP430單片機內部的資源，即參考電壓、比較器、定時／計數器以及D／A轉換器等，使得電路結構相當緊湊。D／A轉換的信號經V／I轉換電路以電流形式輸出。電源轉換模塊將24 V轉換為3．45 V輸出，使用反相器輸出負電壓，滿足單片機及其他芯片的供電需求。變送器在電路中相當于一個特殊的負載，特殊之處在于變送器的耗電電流（在4—20 mA之間）根據變送器輸出而變化，顯示儀表只需要串在電路中即可。這種變送器只需外接2根線，因而被稱為兩線制變送器。由于整個系統使用兩線制DC24V（4～20）mA的環路供電，所使用芯片均為低功耗芯片，同時能夠滿足系統響應速度要求。

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