[發明專利]電容傳感器和液位高度檢測系統

有效

• 申請號: 201811023781.0
• 申請日: 2018-09-03
• 公開（公告）號: CN109186713B
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發明（設計）人: 沈希忠;廖榮凡
• 申請（專利權）人: 上海應用技術大學;上海曦息檢測技術有限公司
• 主分類號: G01F23/26
• 分類號: G01F23/26;G01D5/24
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 胡晶

1.一種電容傳感器，其特征在于，包括：絕緣外殼(101)、通氣孔(102)、第一極板(103)、第二極板(104)、第三極板(105)、隔斷層(106)、進液孔(107)、密封墊(111)；其中，所述第一極板(103)、第二極板(104)、第三極板(105)設置在所述絕緣外殼(101)內，且所述第二極板(104)位于第一極板(103)和第三極板(105)之間；所述第一極板(103)和第二極板(104)之間形成第一電容器的容納腔，所述第二極板(104)和第三極板(105)之間形成第二電容器的容納腔；

所述密封墊(111)設置在所述第一電容器的容納腔的底部，所述隔斷層(106)設置在第一電容器的容納腔內，并將所述第一電容器的容納腔分隔為上下兩部分；所述進液孔(107)設置在所述第一電容器的容納腔所在位置對應的絕緣外殼(101)上，并位于所述隔斷層(106)的下方；所述通氣孔(102)設置在所述絕緣外殼(101)的頂部，或者靠近頂部的側壁上；

所述第一極板(103)與第二極板(104)構成第一電容器，第一電容器的電容為C₁：

式中：ε₀為真空中的介電常數，ε_l為待測液體的介電常數，ε_a為空氣的介電常數，w為第一極板(103)、第二極板(104)、第三極板(105)的寬度；d為第一極板(103)和第二極板(104)之間的距離，H為隔斷層(106)與密封墊(111)之間的距離，L為第一極板(103)、第二極板(104)、第三極板(105)的高度，h為第二容納腔的液位高度；

所述第二極板(104)與第三極板(105)構成第二電容器，第二電容器的電容為C₂：

第一電容器和第二電容器的電容差為ΔC：

其中：Δh＝(h-H)；ΔC與Δh成正比。

2.根據權利要求1所述的電容傳感器，其特征在于，還包括：所述絕緣外殼(101) 的背面上設置有第一端子(108)、第二端子(109)、第三端子(110)，所述第一端子(108)、第二端子(109)、第三端子(110)分別與所述第一極板(103)、第二極板(104)、第三極板(105)電連接；所述第一極板(103)、第二極板(104)、第三極板(105)通過 所述第一端子(108)、第二端子(109)、第三端子(110)與外部的傳感器檢測電路相連。

3.根據權利要求1所述的電容傳感器，其特征在于，所述第一極板(103)、第二極板(104)、第三極板(105)與液體接觸的表面上設置有防腐涂層。

4.一種液位高度檢測系統，其特征在于，包括：如權利要求1-3中任一項所述的電容傳感器、傳感器檢測電路、單片機、電源電路、顯示電路，其中：

所述傳感器檢測電路與所述電容傳感器電連接，用于將所述電容傳感器檢測到的測量信號轉換為相應的電信號后傳輸給單片機；

所述電源電路用于將交流電轉換為兩組隔離的直流電，并分別向所述單片和所述傳感器檢測電路供電；

所述顯示電路與所述單片機電連接，用于實時顯示液位高度檢測結果。

5.根據權利要求4所述的液位高度檢測系統，其特征在于，還包括：與單片機電連接的復位電路，所述復位電路用于在所述的液位高度檢測系統出現卡頓或者死機情況時，向所述單片機發送重啟信號，以使得所述單片機重新啟動。

6.根據權利要求4所述的液位高度檢測系統，其特征在于，還包括：與所述單片機(5)電連接的通信電路，所述通信電路用于將液位高度檢測結果發送給遠端設備。

7.根據權利要求4所述的液位高度檢測系統，其特征在于，所述傳感器檢測電路包括：555定時器構成的單穩態信號發生器、環型充放電橋路、放大電路以及濾波電路，其中，環型充放電橋路中包含有所述電容傳感器的信號輸入端，所述信號輸入端分別與所述電容傳感器的第一極板、第二極板、第三極板電連接；所述濾波電路的信號輸出端與所述單片機的模擬信號輸入管腳相連。

8.根據權利要求4-7中任一項所述的液位高度檢測系統，其特征在于，還包括：

與所述單片機電連接的報警電路，所述報警電路用于在液位高度檢測結果不在預設的范圍內時，向用戶發送警報提醒。