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某电容式燃油液位传感器理论分析综述

目录

TOC\o1-2\h\u170某电容式燃油液位传感器理论分析综述 1

282081.1电容式液位测量的基本原理 1

5141.2某电容式燃油液位传感器基本构成及主要技术指标 4

254251.1.1基本构成 4

49331.1.2主要技术指标 7

187381.3存在的主要问题 7

209221.4微小电容检测方法的选择 8

1575（1）振荡法 8

22530（2）直流充放电法 8

18811（3）交流电桥法 10

25252（4）调节频率式谐振作用法 10

98181.5系统总体设计 11

1.1电容式液位测量的基本原理

电容式液位传感器实际上可以看作一个可变电容式传感器，它的基本特性是将外部非电量的变化转换为电容值的变化，这一特性利用的是电容器充电和放电的性质。

根据基本工作原理，额定电容式标准液位感应设备能够有很多种不同分类，例如变极板有效实际间距型、变极板实际有效面积型与变被测中间介质型。在这其中，变中间介质型额定电容式标准液位感应设备可以对不同类型的介质进行高度测量，同时，也可以利用电容电极之间介质的介电常数会因环境实际温度改变而改变这类特征，来测量确定中间介质的实际温度、实际湿度等。

图1.1（a）是一类普遍常用的测试中间介质位移的平板额定电容感应设备。图1.1（b）就是另一类变中间介质型额定电容式标准液位感应设备组成结构，它能够经过转变内外工作电极之间的中间介质比例的模式测量确定标准液位的实际高度。

（a）平板额定电容感应设备（b）同轴圆筒式额定电容感应设备

图1.1变中间介质型额定电容感应设备组成构造示意图

参考依据以上理论，被测液体中间介质的标准液位是可以用装入介质中的电容器的电容计算得出的，而按照容器的材质和液体介质属性又可分为下面几种具体的测量结构：

1、导电容器设备里保存绝缘液体。当容器设备是可以导电的金属圆筒形或者矩形物质材料，而且存有绝缘液体中间介质的时候，因为金属的导电物理性能，则能够把容器设备的内壁作为组成电容器设备的一个外工作电极，而电容器设备的另一个工作电极则能够用柱形金属棒或者金属板来替代，一起构成一个电容器设备。但是，这类模式需求容器设备的有效尺寸不可以太大，不然有可能会由于比较多的分布边缘作用效应造成巨大的有效误差。

2、绝缘容器设备里保存导电液体。当容器设备是绝缘性生产原材料，而且存有导电液体的时候，使用中间介质的导电物理性能，将导电液体当做电容器设备的一个工作电极，假如想要组成电容器设备的除此之外一个工作电极，则能够在液体里插入一条金属导体作为工作电极，但金属导体不能与液体直接接触，否则就会发生短路，所以要求的金属导体外界展开绝缘全面处理，例如全面覆盖绝缘保护层或穿上绝缘套管等。

3、绝缘容器设备里保存绝缘液体。相似这类实际状况，由于容器设备与液体都不导电，所以必须在液体中同时加入两个金属电极才可以构成电容器，用于液位的测量。

经过上述分析，同时综合结构特点，通常的电容式液位传感器可以分成两种：平板式和同轴圆筒式。而在实际应用中，油液一般都是绝缘的，储存在金属或非金属容器中，应用较多的就是同轴圆筒式液位传感器，即使是要应用于导电液体中，也可以通过在内电极外部增加绝缘层实现。

如图1.2，就是典型的同轴圆筒式液位传感器，它由两根同轴的空心圆柱管内管（外径半径为R0）与外管（实际有效内径有效半径是R1），包括被测中间介质（介电常量是ε）一起组成金属圆柱形电容器设备的探杆方式。两根同轴的内管、外管依次作为电容器设备的内、外工作电极，顶端与底端依次用绝缘性生产原材料固定绝缘隔开，外管管壁上与底端布有通孔，方便被测液体的全面进入。

?当标准液位实际高度H=0的时候，两工作电极间所有是空气，忽视杂散额定电容与分布边缘作用效应，感应设备的初始电有效容量C0是：

C0

式中：ε0

图1.2探杆测量原理结构图

当液位高度上升至H时，内外工作电极相互之间就充满两大类中间介质，举例油与气，这个时候会有一个油气页面，下部是油，实际高度是H，介电常量是ε油，根据式2-1，推理可得，其电容量C油

C油=2πε

油气界面上部为空气，高度为（L-H），介电常数为ε0，所产生的电容C空

C空=2πε

此时传感器总的电容量C与液位高度H的关系式为：

C=C油+C空=2πε油H

又因为此时传感器的电容量CH应该为初始电容量C0与电容变化量ΔC的叠加，即：C=C0+ΔC（2-5）

综合式2-4和式2-5，当液位由零增加至H时，传感器的电容变化量ΔC