电容式水位传感器制造技术

一种电容式水位传感器，用于实现对液面位置的限位和控制。它是将电容式探头、传感器本体以及引线三部分密闭在一个整体内；并且探头电容测量电路的核心部分采用一个由施密特门电路，一个反馈电阻Ｒ和一个电容Ｃｘ组成的高频振荡器。本实用新型专利技术与传统的电容式水位传感器相比，不仅可方便地浸泡在被测液体中，具有安装方便，使用安全，不受粘滞物和积垢的影响，可靠性高，寿命长等优点；而且测量精度高，装配和调试也很方便。（*该技术在2007年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种液位探测传感器，特别涉及一种电容式液位探测传感器，用于实现对液面位置进行探测和控制。目前，现有技术中使用的电容式液位探测传感器因其结构及安装的原因，在某些方面限制了它的使用范围。比如这类传感器一般都要求被探测液体的容器壁为金属材料；同时传感器的本体均不可侵入水中，因而在对液面作限位探测时只能将传感器本体安装在金属容器的外侧或顶盖上。这对于小型金属容器无疑是适用的，但对于污水池这类容器，由于一般均设在地下，且壁面多为水泥一类的非金属材料，因而就无法使用，而只能依靠可靠性及使用寿命均不能令人满意的浮球式限位开关进行探测。另一方面，传统的电容式液位探测传感器中的探头电容测量电路通常采用交流桥式电路或起振停振电路。交流桥式电路的构成相对复杂，且电桥的平衡和失衡不仅取决于探头电容，还与被测液体的直流电阻相关联。这样，当被测液体为污水时，由于污水情况比较复杂，随着污水成份的不同，其电阻的变化范围很大，因而很难确定电桥平衡条件。起振停振电路也有类似的问题，且测量灵敏度偏低。为了克服现有技术的不足和缺陷，本技术的目的和任务是向污水池或其它被测液体容器提供一种新型的电容式水位传感器，使其不仅具有可靠性高、使用寿命长、装配和调试方便以及较高的测量精度等优点，而且能被全部浸泡在被测液体中，便于安装和使用。本技术的目的是通过以下技术方案实现的它由一个带有A电极和B电极加上中间介质构成的电容式探头，装有探头测量电路的传感器本体以及引线部分组成，所述的电容式探头，传感器本体及其引线部分被密闭成一个整体；测量电路中的探头电容测量电路采用一个由施密特门电路，一个反馈电阻和一个电容组成的高频振荡器，该振荡器中的反馈电阻接于施密特门电路的输出端和输入端之间，其电容接于施密特门电路的输入端与地之间。上述传感器的探头电容测量电路采用一个简单的施密特门电路和一个电容以及反馈电阻构成高频振荡器，该振荡器的电容即为探头电容。由于水的电介常数远大于空气，因而当水未浸泡探头或部分浸泡探头或全部浸泡探头时，电容器的电容量将发生明显变化，本技术正是利用了上述特性，以全密闭的方式，通过传感器自身极间电容的变化对水的液面高度作限位探测。又由于振荡频率与电容和电阻之积成反比关系，因而在电阻确定的情况下，振荡频率仅取决于探头电容。这样，就可通过对高频振荡器的输出频率的改变测量探头电容的改变，进而实现对液面位置的限位探测为了在探测时不致于引起探测错误以及提高测量精度，该振荡器的反馈电阻R阻值的选取必须合理，即要求R阻值＜＜水电阻。附附图说明图1为本技术的结构原理示意图。附图2为该传感器的使用及安装情况。附图3为该传感器的探头电容测量电路所采用的由施密特门电路构成的高频振荡器的电路原理图。附图4为该传感器的探头电容测量电路的一个具体实施例。以下结合附图具体说明本技术的原理、具体结构及最佳实施方式。本技术主要由电容式探头1、传感器本体2以及引线3三部分所组成，且这三部分均被密闭成一个整体，一般采用工程塑料将其密闭起来，或采用其它薄且耐腐蚀的材料；目的是当其全部浸泡在液体中时而不影响其正常工作。电容式探头是由A电极4和B电极5加上两者之间的介质构成的。A电极采用环形片状电极，B电极采用圆筒形电极。由于水的介电常数远大于空气，因而当水未浸泡探头或部分浸泡探头或全部浸泡探头时，该电容器的电容量将发生明显变化。电容式水位传感器的探测电路的核心是探头电容测量电路。它采用一个由施密特门电路6、一个反馈电阻R和一个探头电容Cx构成的高频振荡器，如图3所示。该振荡器的振荡电容即为探头电容；其振荡频率f0=10.8RCX,]]>因而在R确定的情况下，振荡频率仅取决于探头电容Cx。上述施密特门电路采用74HC14芯片，其中反馈电阻R阻值应＜＜水电阻；鉴于净水的水电阻通常为几百KΩ，而污水的水电阻往往不足100KΩ，为确保高频振荡器的反馈电阻R＜＜水电阻，本传感器中的反馈电阻R阻值一般取10KΩ为宜。本技术的探头测量电路除包括高频振荡器这一核心部分外，还包括分频电路，F／V转换电路，比较电路和输出电路几部分。即由高频振荡器产生的高频振荡信号经分频电路变换为低频信号，然后由F／V电路转换成电压信号，再由比较电路形成开关信号后输出。图4表示出探头电容测量的全部电路原理图。图中U1、R1和探头电容构成高频振荡器；U2和U3为分频器，可分别采用74HC161和CD4020芯片。该分频器的分频级数可通过J2跳线区改变。R2、R3、R4、R5、D1、D2、D4以及T1、T2构成频率信号输出电路，输出端为FOUT，该输出信号可用来间接测量传感器探头电容的变化。图中C4、C5、C6、C7、R6、R7、R8和U4(7555)构成F／V转换器，将分频器输出的频率信号变换为电压信号。R9、R10、R12、W1以及U5(358)构成具有施密特特性的电压比较器，调节电位器W1可改变该电压比较器翻转电平。R11、R13、R14、R16以及T3、T4构成该传感器的输出电路，它可输出10mA左右的驱动电流，用以与测量设备接口。本技术与现有技术相比，具有以下优点及有益效果该电容式水位传感器由于其全部电子电路、电容式探头和引线部分均被密闭成一个整体，因而可以很方便地浸泡在被测液体中，既安装使用方便，又不受粘滞物和积垢的影响，可靠性高，寿命长；同时，该传感器的探头电容测量电路的核心部分采用一个较简单的施密特门电路构成的高频振荡器，无高频变压器及电感线圈，因而装配和调试都很方便，其测量精度和灵敏度都较高。权利要求1.一种电容式水位传感器，它包括一个带有A电极和B电极加上中间介质构成的电容式探头，装有探头电容测量电路的传感器本体以及引线部分，其特征是所述电容式探头，传感器本体及其引线部分被密闭成一个整体；探头电容测量电路采用9一个由施密特门电路，一个反馈电阻R和一个电容Cx组成的高频振荡器，该振荡器中的反馈电阻接于施密特门电路的输出端和输入端之间，其电容接于施密特门电路的输入端与地之间。2.根据权利要求1所述的一种电容式水位传感器，其特征是上述反馈电阻R的阻值应＜＜水电阻。3.根据权利要求1或2所述的一种电容式水位传感器，其特征是该传感器的探头电容测量电路中还包括将高频振荡信号变换为低频信号的分频电路，将频率变换成电压信号的F／V转换电路，将电压信号形成开关信号的比较电路以及输出电路。专利摘要一种电容式水位传感器,用于实现对液面位置的限位和控制。它是将电容式探头、传感器本体以及引线三部分密闭在一个整体内;并且探头电容测量电路的核心部分采用一个由施密特门电路,一个反馈电阻R和一个电容Cx组成的高频振荡器。本技术与传统的电容式水位传感器相比,不仅可方便地浸泡在被测液体中,具有安装方便,使用安全,不受粘滞物和积垢的影响,可靠性高,寿命长等优点;而且测量精度高,装配和调试也很方便。文档编号G01F23/26GK2304109SQ97221569公开日1999年1月13日 申请日期1997年7月25日 优先权日1997年7月25日专利技术者何国霖 申请人:清华同方股份有限公司本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电容式水位传感器，它包括一个带有Ａ电极和Ｂ电极加上中间介质构成的电容式探头，装有探头电容测量电路的传感器本体以及引线部分，其特征是所述电容式探头［１］，传感器本体［２］及其引线部分［３］被密闭成一个整体；探头电容测量电路采用９一个由施密特门电路［６］，一个反馈电阻Ｒ和一个电容Ｃｘ组成的高频振荡器，该振荡器中的反馈电阻接于施密特门电路的输出端和输入端之间，其电容接于施密特门电路的输入端与地之间。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：何国霖，
申请(专利权)人：清华同方股份有限公司，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]