电容式液位计信号变换电路研究与设计

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电容式液位传感器凭借着其价格低廉、简单的结构、动态响应好、不易损坏、工作稳定以及能够在极端恶劣的测量环境诸如高温、深冷、辐射以及强烈震动中工作的特点,广泛应用于现代石油、化工、食品、制药等工业领域生产的液位测量中。但同时电容式液位计中电容传感器普遍存在负载能力差、测量信号难处理、输出阻抗较高等缺点,主要是由于电容式传感器自身构成的电容量仅有几十至几百皮法,易受到杂散电容和温度的影响,因此研究出实现微小电容的精准测量电路具有重要意义。该课题总体设计了一种基于单片机电容式液位测量系统,基于低功耗、智能化的工业标准要求,选用NXP公司生产的P89LPC936作为主控制器。通过对电容式液位测量原理的分析,选用非导电液体电容式液位传感器,同时研究和设计了三种测量方法分别为震荡电路测量法、积分电路测量法和阻抗分析测量法来完成对电容式液位传感器的精准测量。首先本文主要介绍了电容式液位测量系统的总体设计以及相关的硬件电路模块主要有信号发生电路模块、电源及电流输出电路模块、单片机及外围电路模块、温度测量模块,并且分析了各模块实现的原理和功能。然后还介绍了该设计中软件设计的总体结构与各子模块程序的编程实现。最后对该课题设计的电容式液位计进行实验测量,并对三种测量方法测量结果进行数据的比较与分析。通过系统的实际测量和数据分析表明,整个测量系统可以稳定可靠的工作,文中设计的三种测量电路基本达到测量标准。其中测量效果最优秀的是振荡电路测试法有较高的分辨率、准确性、稳定性,误差范围可控制在2mm,经过后续完善优化,应可以达到更高的精度。
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