将有源屏蔽技术应用于连接传感器和接口电路。

为了有个稳定电路，有源屏蔽放大器带宽必须符合稳定条件，这取决于连接电缆和传感器附加元件。

个简单弛张振荡器被用作接口电路。

对于该传感器性能以及随后微控制器进行时间测量来说，工作频率在在几十千赫到几百千赫范围内都是可取。

尽管设计原型比较简单，实验结果却非常令人满意。

在厘米液位变化范围内，误差由于非线性，滞后和温度影响小于而且在毫秒测量时间内分辨率优于毫米。

因此，该系统也可用于泄漏检测。

鸣谢这项工作得到了荷兰技术基金会污水处理厂项目检波和加泰罗尼亚大学透过外交停留方案支持。

参考文献见原文附件外文原文复印件中文字毕业设计外文资料翻译学院机械电子工程学院专业过程装备与控制工程姓名学号外文出处附件外文资料翻译译文外文原文。

指导教师评语签名年月日附件外文资料翻译译文远程接地电容式传感器液位测量系统摘要本文介绍了远程接地电容式传感器液位测量系统的设计和实施，电容式传感器的电极均由耐用材料组成根不锈钢棒和聚四氟乙烯绝缘线。

接口电路依赖个简单的弛张振荡器和微控制器。

器中测量液体自来水导电水平进行试验测试。

传感器图金属容器中电容液位传感器原型。

传感器原型图显示了传感器原型设计图片。

传感器约米高，有两个电极，其中个是绝缘，进而能够测量导电液体。

非绝缘电极是根不锈钢棒，在操作条件下会系统接地。

绝缘电极是聚四氟乙烯绝缘线，其名义内径和外径分别为和，由于传感器电容直接取决于它厚度和电介质绝缘常数，使用诸如聚四氟乙烯通常被叫做特氟纶这样材料是必须，因为它温度稳定，无孔，不粘并且耐腐蚀。

线路设置成形，因此两端均露在水面上。

这种构造避免了在水下捕捉并连接线端，而且，它使传感器电容加倍。

据初步实验测试，使用双绞线作为绝缘电极并不是可取，这将明显恶化线性和滞后现象这是因为水可以很容易地以不可预知方式浸粘电线。

在传感器顶端有块硬质塑料用于设置导线张力。

理想电容式传感器当测量导电液体液位时，传感器总电容实际上等于气液分界面以下两中文字毕业设计外文资料翻译学院机械电子工程学院专业过程装备与控制工程姓名学号外文出处附件外文资料翻译译文外文原文。

指导教师评语签名年月日附件外文资料翻译译文远程接地电容式传感器液位测量系统摘要本文介绍了远程接地电容式传感器液位测量系统设计和实施，电容式传感器电极均由耐用材料组成根不锈钢棒和聚四氟乙烯绝缘线。

接口电路依赖个简单弛张振荡器和微控制器。

有源屏蔽电缆将传感器与接口电路连在起。

在考虑到连接电缆和传感器寄生元件情况下，对有源屏蔽电路稳定进行了分析。

该系统已在接地金属容器中通过测量自来水水位进行实验测试。

经过液位变化范围，该系统具有小于非线性误差和在测量时间内分辨率高于。

关键词液位测量电容式传感器有源屏蔽弛张振荡器微控制器导言河流，水库或容器液位可以通过测量浸在液体内两电极间电容而进行监控。

使用电容式传感器进行液位测量，具有以下优点低成本即对于传感器有比较成熟技术，低功耗，高线性度，对应用场合几何形状有较高适应性。

电容式液位传感器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个是绝缘。

在气液分界面以下，液体表现为导体，因此，电容电介质仅仅是绝缘电极。

在气液分界面以上，电介质就是绝缘电极与电极之间空气，因而产生更小电容。

另方面，对于非导电液体，电极不需要绝缘。

在气液分界面下，电介质是液体其介电常数高于空气，而分界面以上，则是空气。

对于两种类型液体，随着液位升高，在气液分界面以下电极面积也就增加，进而导致电容增大。

电容式传感器可分为两类浮力电容式电容式液位传感器接口电路设计见图。

主要模块有模拟多路复用器，选择要测量电容，弛张振荡器，用于电容周期性转换，还有个微控制器，用于完成测量过程向数据转换。

该接口电路运用三重信号技术对附加偏移和或乘法增益例如，根据温度过高或供电电压变化进行自动校准。

这项技术涉及三个测量方法传感器测量，参考测量，和偏移量测量。

选择参考为型陶瓷电容器，这接近图中电容传感器最大值。

偏移量是由接地整体杂散电容该接口电路而非传感器所表示。

偏移电容将影响三个测量过程。

图接地电容式液位传感器接口电路设计。

复用器这个复用器有三个二对开关，选择连接振荡器电容。

对于每个测量过程，相应开关连在位置即连接到振荡器，其他两个在位置即接地。

例如，对于传感器测量，开关在位置，和在位置。

表概括了三种测量方法中任种连接振荡器等效电容值。

表被测量电容周期数值传感器参考值偏移量弛张振荡器个简单张弛振荡器图可以把接地电容它代表图中复用器选定三个电容其中个转换成周期性调节信号这样个振荡器需要用到个电路由电阻和电容组成相符合稳定结果即出现在第四部分。

出于稳定性考虑，表中前三个任何个都是很好选择。

然而，出于精确度考虑，选择宽带集成运放是更合理。

因此，对于设计有源屏蔽放大器，应选择。

线性图显示了在厘米和厘米范围变化不同水位测量比率。

为了避免物理滞后效应，各级都呈增长模式。

通过最小二乘法使直线拟合实验数据为，其中是以厘米为单位液位高度。

方程中显示灵敏度为，偏移量为，这基本上是由传感器偏移电容决定。

图显示了非线性测量误差。

最高非线性误差约为满刻度量程，其数值对应于。

虽然是远程传感器，这种线性结果要好过，中那些规定，考虑到这是简单设计原型，这是非常令人满意。

水位图线性测试实验结果。

分辨率对于个稳定液位，气比率标准差小于，在数值上为。

对于比率两组数据直方图中，相差液位值可以清晰地分辨出，这意味着分辨率高于。

经过段厘米水平范围，这个分辨率几乎是位。

与第节相同，这些分辨率数值仍比，中规定要好，虽然是远程传感器。

实现这个分辨率总测量时间低于，这是完全可以在液位测量时使用。

磁滞现象图给出了个滞后测试实验结果。

对于个特定水位比率值取决于该水位所达到方位确切地讲在减少模式要比在增长模式更高。

最高滞后误差为满量程，这对应于。

此滞后原因是回流现象当液面下降时，它将使得传感器电极上留下层影效，引起该系统标示值高于预期值。

这种回流影效取决于粘度，密度和液体表面张力。

当液体以同样方式即要么通过减少要么通过增加达到同样液位时，结果是相同，从而呈现出良好重复性。

在图中滞后测试开始和停止点就是这种情况案例。

图滞后测试实验结果。

温度效应比率在最高水位和水温会连续几个小时进行测量。

在温度测量范围内到范围之间，温度系数大致是−见图，在最大水位其值为。

这种温度特性不仅归因于该传感器系统，还与水位有着联系。

由于水热膨胀性，容器热膨胀和水分蒸发，液面变化会随着温度变化而变化。

在我们测量装置中，通过在液面上加层薄薄油膜极大削弱了水分蒸发影响。

在这些条件，液位温度系数几乎等于水体积热膨胀系数，在下为。

因此，传感器系统温度系数是。

也许这个温度依赖主要是由于传感器，而不是接口电路。

这种温度依赖性主要归因于传感器，而不是接口电路。

例如，温度增加可以扩大绝缘电极绝缘厚度因此增大直径，因此可以减小和，从而产生负温度系数。

根据方程，如果温度系数是即聚四氟乙烯线性热膨胀系数，因此温度系数是，这个结果与以前所发现相当吻合。

图温度效应实验结果。

结论远程接地电容式传感器液位测量系统已经提出。

并传感器即该传感器电极都不接地和接地电容式传感器即传感器两个电极之是接地。

前者更可取，因为能抵抗杂散电容干扰接口电路可以对它们数据进行读取，。

然而，由于浮力电容式传感器安全原因或者操作条件限制，接地电容式传感器仍需应用在些领域。

例如接地金属容器中导电液体液位测量，。

文献公布了个非线性误差限和项对于测量范围允许有非线性误差决议。

另方面，文献公布了个非线性误差线和项对于测量范围允许有非线性误差决议。

在许多工业应用中，传感器是远离电子器件，例如在油库底部水位测量。

在这些情况下，为了减少外部噪声影响干扰，传感器用屏蔽电缆连接到接口电路。

对于接地电容传感器，普通被动屏蔽防护罩连接地面是不合适，因为电缆附加电容会与电容器电容同时存在，而且电缆附加电容能够远大于由于环境条件引起传感器电容。

为了减少这种附加电容影响，接地电容式传感器般采用有源屏蔽技术连接到接口电路这种技术需要依靠不断对电缆内导体潜力进行抽样并通过放大器将其应用到屏蔽中。

令人遗憾是，当这种技术应用时，电缆附加元件回引起电子元件不稳定和误差。

传感器附加元件它在大型传感器中作用巨大，正如本文中涉及到得液位传感器也可以在有源屏蔽电路性能表现上起着重要作用，但其影响尚未分析。

本文介绍了以远程电容式传感器为基础液位测量系统得设计和实施。

它提供了在有源电路中，对因附加元件产生影响详细分析包括连接电缆和传感器。

该系统已经通过在接地金属容器中测量液体自来水导电水平进行试验测试。

传感器图金属容器中电容液位传感器原型。

传感器原型图显示了传感器原型设计图片。

传感器约米高，有两个电极，其中个是绝缘，进而能够测量导电液体。

非绝缘电极是根不锈钢棒，在操作条件下会系统接地。

绝缘电极是聚四氟乙烯绝缘线，其名义内径和外径分别为和，由于传感器电容直接取决于它厚度和电介质绝缘常数，使用诸如聚四氟乙烯通常被叫做特氟纶这样材料是必须，因为它温度稳定，无孔，不粘并且耐腐蚀。

线路设置成形，因此两端均露在水面上。

这种构造避免了在水下捕捉并连接线端，而且，它使传感器电容加倍。

据初步实验测试，使用双绞线作为绝缘电极并不是可取，这将明显恶化线性和滞后现象这是因为水可以很容易地以不可预知方式浸粘电线。

在传感器顶端有块硬质塑料用于设置导线张力。

理想电容式传感器当测量导电液体液位时，传感器总电容实际上等于气液分界面以下两电极间电容。

这类电容显示了个同轴电极配置，换言之，个电极是导线，另个电极是绝缘导线周围导电液体。

因此，该电容理论值可用下式计算文献，在这里为真空介电常数，绝缘线相对介电常数，和分别是绝缘线内径和外径，是液位高。

两个因素中，第个是考虑到金属线做成形，做第个近似，电容加倍。

根据方程，，我们可以准确得到。

电路模型图是为电容式传感器设计电路模型。

电容是图所描述理想电容，和分别是液体电阻和电容是电感系数。

假设该传感器激励信号频率足够高大约以致可以忽略阻抗极化影响。

图电容式液位传感器电路模型。

简化低频电路模型。

简化高频电路模型。

当液体能够导电并且激发信号频率不太高几十到几百千赫，影响将优于，并且影响可以忽略。

将电路模型简化成图，这更接近理想值即只受影响。

因为这个原因，用作接口电路振荡器工作在这样频率范围。

另方面，在高频下，