[發(fā)明專利]一種電容式液位傳感器最佳匹配參數(shù)設(shè)計方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202011210674.6
• 申請日: 2020-11-03
• 公開（公告）號: CN112161675A
• 公開（公告）日: 2021-01-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 錢劍東;張凱;郭林;朱林根;陳秉巖;單鳴雷
• 申請（專利權(quán)）人: 常州市鼎興電子有限公司
• 主分類號: G01F23/26
• 分類號: G01F23/26
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 丁濤

本發(fā)明公開一種電容式液位傳感器最佳匹配參數(shù)設(shè)計方法，包括如下步驟：步驟1：將信號源輸出電壓、阻抗為X_R的阻抗器件和阻抗為X_S的電容傳感器構(gòu)成串聯(lián)電路，步驟2：根據(jù)公式2計算電容傳感器上的阻抗電壓V_S的變化量δ；步驟3：對公式(2)求X_R的一階導數(shù)；步驟4：根據(jù)公式(5)所得X_R即為獲得傳感器最大動態(tài)電壓變化量δ_max的取值；步驟5：將電容傳感器的阻抗X_S的區(qū)間數(shù)值代入公式(5)，并取復數(shù)的模可得X_R。根據(jù)本方法原理設(shè)計出的電容式液位傳感器適用于介電常數(shù)低的液體的液位測量，提高了傳感器的靈敏度，提高了傳感的測量精度，傳輸?shù)男盘柛訙蚀_。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種電容式液位傳感器最佳匹配參數(shù)設(shè)計方法，屬于液位傳感器技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

液位傳感器是將液位的變化轉(zhuǎn)換為電壓的變化,該電壓能夠很好的與液位的高低相對應起來，從而實現(xiàn)了實時液位監(jiān)測。在外部應變量的作用下，電容式液位傳感器將輸出與外部應變量對應的電壓信號。液位傳感器上的電壓變化量δ，是衡量傳感器靈敏度的重要指標。對于特定參數(shù)的液位傳感器，其輸出電壓變化量不僅受到自身參數(shù)的影響，還受到外部電路結(jié)構(gòu)和參數(shù)帶來的影響。由于整體電路結(jié)構(gòu)和參數(shù)的選頻特性，如果外部電路及其參數(shù)配置不當，將會顯著降低液位傳感器的靈敏度。為此，研究液位傳感器外部電路結(jié)構(gòu)和參數(shù)配置，在液位傳感器技術(shù)及其應用領(lǐng)域具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

為了獲得液位傳感器的最佳輸出動態(tài)信號，本發(fā)明提供一種電容式液位傳感器最佳匹配參數(shù)設(shè)計方法，通過測試電容上的電壓變化量確定傳感器的電容變化量，并最終獲得傳感器外部施加的應變量的變化量。

一種電容式液位傳感器最佳匹配參數(shù)設(shè)計方法，包括如下步驟：

步驟1：將信號源輸出電壓、阻抗為X_R的阻抗器件和阻抗為X_S的電容傳感器構(gòu)成串聯(lián)電路，其中，信號源輸出電壓是幅度和頻率分別為V_T和f 的正弦波電信號，則電容傳感器上的阻抗電壓V_S表達式為：

步驟2：設(shè)外界應變導致電容傳感器的阻抗變化區(qū)間為X_S∈[X_Smin,X_Smax]，則電容傳感器上的阻抗電壓V_S的變化量δ表示為：

其中，信號源輸出電壓V_T是常數(shù)，電容傳感器的最大阻抗X_Smax和最小阻抗X_Smin為已知的常量，則電容電壓動態(tài)變化量δ僅為關(guān)于X_R的函數(shù)；

步驟3：對公式(2)求X_R的一階導數(shù)，如公式(3)所示：

步驟4：令步驟3得到的導數(shù)為零得到關(guān)于X_R的方程：

以X_R作為未知數(shù)，求解方程(4)可得：

公式(5)所得X_R即為獲得傳感器最大動態(tài)電壓變化量δ_max時的取值；

步驟5：定義電容傳感器的阻抗其中C_S為傳感器動態(tài)電容，i為虛數(shù)單位，將電容傳感器的阻抗X_S的區(qū)間數(shù)值代入公式 (5)，并取復數(shù)的模可得：