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淮安祥瑞仪表有限公司
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阅读：447发布时间：2013-9-11
久久仪表讲解电容式液位变送器的工作原理
图1是电容式液位变送器的工作原理及等效电路图。变送器敏感元件是相互绝缘的两个同心金属圆柱，它们作为电容的两个极板，金属内电极外敷聚四氟乙烯绝缘层，外电极内直径为D，内电极的外直径和绝缘层直径分别为d和D ；两电极间的介质为空气、溶液和绝缘层，相对介电常数分别为 ，、和 3，介电常数￡0约为8．85×10 F／m； 是液面的高度， 是总高度。
由式（2）可知，当待测溶液的介电常数8 固定不变时，电容式液位变送器的电容量与被测液位成线性关系。通过测量变送器的电容c ，就可以得到液位值Hl。
2 电容测量原理
本系统中所使用的电容式液位变送器的本体电容约为78 pF。满液位时，总电容量约为283 pF。为了达到一定的精度，测量电容的变化量需要在0．5 pF以下。根据这些特点，并对电容式液位变送器的测量电路进行分析研究，提出了一种基于充放电原理的新的电容测量电路方法。图2中 为参考电压，基准电压 、充电电阻尺及充电电容C和开关K构成电容的充放电回路。保证 ，>U 的情况下，K闭合，电容c放电，当 小于 时，比较器A输出低电平；K断开，电容c充电，当 增大到 时，比较器A输出高电平。将比较器输出的上升沿和下降沿用于驱动计数器计数，可以得出电容的充电时间t，将t代人式（4）即可得到待测的电容c。对电容的测量充分利用了MSP430单片机内部的资源，即参考电压、比较器、定时／计数器以及D／A转换器等，使得电路结构相当紧凑。D／A转换的信号经V／I转换电路以电流形式输出。电源转换模块将24 V转换为3．45 V输出，使用反相器输出负电压，满足单片机及其他芯片的供电需求。变送器在电路中相当于一个特殊的负载，特殊之处在于变送器的耗电电流（在4—20 mA之间）根据变送器输出而变化，显示仪表只需要串在电路中即可。这种变送器只需外接2根线，因而被称为两线制变送器。由于整个系统使用两线制DC24V（4～20）mA的环路供电，所使用芯片均为低功耗芯片，同时能够满足系统响应速度要求。
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