久久儀表講解電容式液位變送器的工作原理
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(gè)同心金屬圓柱，它們作為電容的兩個(gè)極板，金屬內(nèi)電極外敷聚四氟乙烯絕緣層，外電極內(nèi)直徑為D，內(nèi)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(zhì)為空氣、溶液和絕緣層，相對(duì)介電常數(shù)分別為 ，、和 3，介電常數(shù)￡0約為8．85×10 F／m； 是液面的高度， 是總高度。
由式（2）可知，當(dāng)待測(cè)溶液的介電常數(shù)8 固定不變時(shí)，電容式液位變送器的電容量與被測(cè)液位成線性關(guān)系。通過測(cè)量變送器的電容c ，就可以得到液位值Hl。
2 電容測(cè)量原理
本系統(tǒng)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(shí)，總電容量約為283 pF。為了達(dá)到一定的精度，測(cè)量電容的變化量需要在0．5 pF以下。根據(jù)這些特點(diǎn)，并對(duì)電容式液位變送器的測(cè)量電路進(jìn)行分析研究，提出了一種基于充放電原理的新的電容測(cè)量電路方法。圖2中 為參考電壓，基準(zhǔn)電壓 、充電電阻尺及充電電容C和開關(guān)K構(gòu)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(dāng) 小于 時(shí)，比較器A輸出低電平；K斷開，電容c充電，當(dāng) 增大到 時(shí)，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(qū)動(dòng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，可以得出電容的充電時(shí)間t，將t代人式（4）即可得到待測(cè)的電容c。對(duì)電容的測(cè)量充分利用了MSP430單片機(jī)內(nèi)部的資源，即參考電壓、比較器、定時(shí)／計(jì)數(shù)器以及D／A轉(zhuǎn)換器等，使得電路結(jié)構(gòu)相當(dāng)緊湊。D／A轉(zhuǎn)換的信號(hào)經(jīng)V／I轉(zhuǎn)換電路以電流形式輸出。電源轉(zhuǎn)換模塊將24 V轉(zhuǎn)換為3．45 V輸出，使用反相器輸出負(fù)電壓，滿足單片機(jī)及其他芯片的供電需求。變送器在電路中相當(dāng)于一個(gè)特殊的負(fù)載，特殊之處在于變送器的耗電電流（在4—20 mA之間）根據(jù)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(gè)系統(tǒng)使用兩線制DC24V（4～20）mA的環(huán)路供電，所使用芯片均為低功耗芯片，同時(shí)能夠滿足系統(tǒng)響應(yīng)速度要求。
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