外文翻譯（中文）--遠(yuǎn)程接地電容式傳感器液位測(cè)量系統(tǒng)

1、<p><b>　　中文6190字</b></p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)外文資料翻譯</p><p>　　學(xué) 院： 機(jī)械電子工程學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè)： 過(guò)程裝備與控制工程 </p><p>　　姓 名：

2、 </p><p>　　學(xué) 號(hào)： </p><p>　　外文出處： http：//www. sciencedirect.com/ </p><p>　　附 件： 1.外文資料翻譯譯文；2.外文原文。 </p><p>　　附件1：外文資料翻

3、譯譯文</p><p>　　遠(yuǎn)程接地電容式傳感器液位測(cè)量系統(tǒng)</p><p>　　摘要 本文介紹了遠(yuǎn)程接地電容式傳感器液位測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)施，電容式傳感器的電極均由耐用材料組成：一根不銹鋼棒和聚四氟乙烯絕緣線。接口電路依賴一個(gè)簡(jiǎn)單的弛張振蕩器和微控制器。有源屏蔽電纜將傳感器與接口電路連在一起。在考慮到連接電纜和傳感器寄生元件的情況下，對(duì)有源屏蔽電路的穩(wěn)定進(jìn)行了分析。該系統(tǒng)已在接地金

4、屬容器中通過(guò)測(cè)量自來(lái)水水位進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試。經(jīng)過(guò)70cm的液位變化范圍，該系統(tǒng)具有小于0.35mm的非線性誤差和在20ms測(cè)量時(shí)間內(nèi)分辨率高于0.10mm。</p><p>　　關(guān)鍵詞 液位測(cè)量 電容式傳感器 有源屏蔽 弛張振蕩器 微控制器</p><p><b>　　1.導(dǎo)言</b></p><p>　　河流，水庫(kù)或容器的液位可以通

5、過(guò)測(cè)量浸在液體內(nèi)兩電極間的電容而進(jìn)行監(jiān)控[1]。使用電容式傳感器進(jìn)行液位測(cè)量，具有以下優(yōu)點(diǎn)：低成本（即對(duì)于傳感器有比較成熟的技術(shù)），低功耗，高線性度，對(duì)應(yīng)用場(chǎng)合的幾何形狀有較高的適應(yīng)性。</p><p>　　電容式液位傳感器的工作原理取決于液體類型[2,3]。對(duì)于導(dǎo)電液體，為了避免短路，兩個(gè)傳感器電極中至少有一個(gè)是絕緣的。在氣-液分界面以下，液體表現(xiàn)為導(dǎo)體，因此，電容的電介質(zhì)僅僅是絕緣電極。在氣-液分界面以上，電

6、介質(zhì)就是絕緣電極與電極之間的空氣，因而產(chǎn)生更小的電容。另一方面，對(duì)于非導(dǎo)電液體，電極不需要絕緣。在氣-液分界面一下，電介質(zhì)是液體（其介電常數(shù)高于空氣），而分界面以上，則是空氣。對(duì)于兩種類型的液體，隨著液位的升高，在氣液分界面以下的電極的面積也就增加，進(jìn)而導(dǎo)致電容增大。</p><p>　　電容式傳感器可分為兩類[4]：浮力電容式傳感器（即該傳感器的電極都不接地）和接地電容式傳感器（即傳感器兩個(gè)電極之一是接地的）。

7、前者更可取，因?yàn)槟艿挚闺s散電容干擾的接口電路可以對(duì)它們的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取[4,5]。然而，由于浮力電容式傳感器的安全原因\或者操作條件的限制，接地電容式傳感器仍需應(yīng)用在一些領(lǐng)域。例如：接地金屬容器中導(dǎo)電液體液位的測(cè)量[1,6-9]。文獻(xiàn)[6]公布了一個(gè)0.6mm的非線性誤差限（0.1％）和一項(xiàng)對(duì)于60cm的測(cè)量范圍允許有0.1mm的非線性誤差的決議。另一方面，文獻(xiàn)[7]公布了一個(gè)1%的非線性誤差線和一項(xiàng)對(duì)于70cm的測(cè)量范圍允許有1mm的非

8、線性誤差的決議。</p><p>　　在許多工業(yè)應(yīng)用中，傳感器是遠(yuǎn)離電子器件的，例如：在油庫(kù)底部的水位測(cè)量[8]。在這些情況下，為了減少外部噪聲的影響/干擾，傳感器用屏蔽電纜連接到接口電路。對(duì)于接地電容傳感器，普通的被動(dòng)屏蔽（防護(hù)罩連接地面）是不合適的，因?yàn)殡娎|的附加電容會(huì)與電容器的電容同時(shí)存在，而且電纜的附加電容能夠遠(yuǎn)大于由于環(huán)境條件引起的傳感器的電容。為了減少這種附加的電容的影響，接地電容式傳感器一般采用有源

9、屏蔽技術(shù)連接到接口電路[4,5]，這種技術(shù)需要依靠不斷對(duì)電纜內(nèi)導(dǎo)體的潛力進(jìn)行抽樣并通過(guò)放大器將其應(yīng)用到屏蔽中。令人遺憾的是，當(dāng)這種技術(shù)應(yīng)用時(shí)，電纜的附加元件回引起電子元件的不穩(wěn)定和誤差[10]。傳感器的附加元件(它在大型傳感器中作用巨大，正如本文中涉及到得液位傳感器) 也可以在有源屏蔽電路性能表現(xiàn)上起著重要的作用，但其影響尚未分析。</p><p>　　本文介紹了以遠(yuǎn)程電容式傳感器為基礎(chǔ)的液位測(cè)量系統(tǒng)得設(shè)計(jì)和實(shí)施

10、。它提供了在有源電路中，對(duì)因附加元件產(chǎn)生的影響的詳細(xì)分析（包括連接電纜和傳感器）。該系統(tǒng)已經(jīng)通過(guò)在接地金屬容器中測(cè)量液體（自來(lái)水）導(dǎo)電水平進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試。</p><p><b>　　2.傳感器</b></p><p>　　圖1.金屬容器中電容液位傳感器的原型。</p><p>　　2.1.傳感器的原型</p><p>　

11、　圖1顯示了傳感器原型設(shè)計(jì)的圖片。傳感器約一米高，有兩個(gè)電極，其中一個(gè)是絕緣的，進(jìn)而能夠測(cè)量導(dǎo)電液體。非絕緣電極是一根不銹鋼棒，在操作條件下會(huì)系統(tǒng)接地。絕緣電極是聚四氟乙烯絕緣線，其名義的內(nèi)徑和外徑分別為1mm和1.5mm，由于傳感器電容直接取決于它的厚度和電介質(zhì)的絕緣常數(shù)，使用諸如聚四氟乙烯（通常被叫做特氟綸）這樣的材料是必須的，因?yàn)樗鼫囟确€(wěn)定，無(wú)孔，不粘并且耐腐蝕。線路設(shè)置成U形，因此兩端均露在水面上。這種構(gòu)造避免了在水下捕捉并連接

12、線端，而且，它使傳感器的電容加倍[6]。據(jù)初步實(shí)驗(yàn)測(cè)試，使用雙絞線作為絕緣電極并不是可取的，這將明顯惡化線性和滯后現(xiàn)象；這是因?yàn)樗梢院苋菀椎匾圆豢深A(yù)知的方式浸粘電線。在傳感器的頂端有一塊硬質(zhì)塑料用于設(shè)置導(dǎo)線的張力。</p><p>　　2.2.理想的電容式傳感器</p><p>　　當(dāng)測(cè)量導(dǎo)電液體的液位時(shí)，傳感器的總電容實(shí)際上等于氣液分界面以下兩電極間的電容。這類電容顯示了一個(gè)同軸電極配

13、置，換言之，一個(gè)電極是導(dǎo)線，另一個(gè)電極是絕緣導(dǎo)線周圍的導(dǎo)電液體。因此，該電容的理論值可用下式計(jì)算文獻(xiàn)[1]：</p><p><b>　　（1）</b></p><p>　　在這里為真空介電常數(shù)（=F/m），絕緣線的相對(duì)介電常數(shù)，和分別是絕緣線的內(nèi)徑和外徑，h是液位高。兩個(gè)因素中，第一個(gè)是考慮到金屬線做成U形，做第一個(gè)近似，電容加倍。根據(jù)方程（1），=2.04，=1m

14、m，=1.5mm，我們可以準(zhǔn)確得到=0.56pF/mm。</p><p><b>　　2.3.電路模型</b></p><p>　　圖2a是為電容式傳感器設(shè)計(jì)的電路模型。電容是圖（1）所描述的理想電容，和分別是液體的電阻和電容[2,11],是電感系數(shù)。假設(shè)該傳感器的激勵(lì)信號(hào)的頻率足夠高（大約20kHz）以致可以忽略阻抗極化的影響[12]。</p><

15、;p>　　圖2.（a）電容式液位傳感器的電路模型。（b）簡(jiǎn)化低頻電路模型。</p><p>　?。╟）簡(jiǎn)化高頻電路模型。</p><p>　　當(dāng)液體能夠?qū)щ姴⑶壹ぐl(fā)信號(hào)的頻率不太高（幾十到幾百千赫），的影響將優(yōu)于，并且的影響可以忽略。將電路模型簡(jiǎn)化成圖2b，這更接近理想值（即只受的影響）。因?yàn)檫@個(gè)原因，用作接口電路的振蕩器工作在這樣的頻率范圍。另一方面，在高頻下，的影響將優(yōu)于，因此電

16、路模型簡(jiǎn)化成圖2c。這種高頻電路模型適用于對(duì)主動(dòng)屏蔽電路進(jìn)行穩(wěn)定性分析（第四部分）。</p><p><b>　　2.4.傳感器特性</b></p><p>　　設(shè)計(jì)傳感器原型的阻抗使用阻抗分析儀（安捷倫4294A）在20 kHz和15MHz內(nèi)進(jìn)行測(cè)量。然后，測(cè)量結(jié)果用于提取圖2a中電路模型的參數(shù)。圖3顯示不同的自來(lái)水水位的特性結(jié)果。電容隨著水位高低線性增減，正如公式

17、一。靈敏度是0.47pF/mm，這與2.2節(jié)中所陳述的值極其相似。盡管電容能夠線性增減[11]，但電阻Rw的增減與液位的變化成反比，著正式我們期望的。最后，電感隨液位的變化線性增減；這是因?yàn)楫?dāng)前回路面積隨著液位的升高而減小。</p><p>　　圖3 電容式液位傳感器的特性結(jié)果。</p><p><b>　　3.接口電路</b></p><p>

18、;　　接地的電容式液位傳感器的接口電路設(shè)計(jì)見(jiàn)圖4。主要模塊有：</p><p>　　（1）模擬多路復(fù)用器，選擇要測(cè)量的電容，</p><p>　?。?）一弛張振蕩器，用于電容周期性轉(zhuǎn)換，還有</p><p>　?。?）一個(gè)微控制器，用于完成測(cè)量過(guò)程向數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。</p><p>　　該接口電路運(yùn)用三重信號(hào)技術(shù)[13]對(duì)附加（偏移）和/或乘法（

19、增益）錯(cuò)誤（例如，根據(jù)溫度過(guò)高或供電電壓變化）進(jìn)行自動(dòng)校準(zhǔn)。這項(xiàng)技術(shù)涉及三個(gè)測(cè)量方法：</p><p>　?。?）傳感器的測(cè)量，</p><p><b>　?。?）參考測(cè)量，和</b></p><p>　?。?）偏移量的測(cè)量。</p><p>　　選擇的參考為330pF的NP0型陶瓷電容器（），這接近圖3中電容傳感器的最

20、大值。偏移量是由接地的整體雜散電容（該接口電路而非傳感器的）所表示。偏移電容將影響三個(gè)測(cè)量過(guò)程。</p><p>　　圖4 接地的電容式液位傳感器的接口電路設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　3.1.復(fù)用器</b></p><p>　　這個(gè)復(fù)用器有三個(gè)二對(duì)一的開(kāi)關(guān)，選擇連接振蕩器的電容。對(duì)于每個(gè)測(cè)量過(guò)程，相應(yīng)的開(kāi)關(guān)連在A位置（即連接到振蕩器），

21、其他兩個(gè)在B位置（即接地）。例如，對(duì)于傳感器的測(cè)量，開(kāi)關(guān)S1在位置A，S2和S3在位置B。表1概括了三種測(cè)量方法中任一種連接振蕩器的等效電容的值。</p><p><b>　　表一</b></p><p><b>　　3.2.弛張振蕩器</b></p><p>　　一個(gè)簡(jiǎn)單的張弛振蕩器（圖5a）可以把接地電容C（它代表圖4

22、中復(fù)用器選定的三個(gè)電容其中一個(gè)）轉(zhuǎn)換成周期性調(diào)節(jié)信號(hào)[14，15]， 這樣一個(gè)振蕩器需要用到一個(gè)RC電路(由電阻和電容C組成)和一個(gè)用作施密特觸發(fā)器的比較器。圖5b給出了通過(guò)電容C后電壓的輸出波形。輸出信號(hào)的周期為[14]：</p><p>　　, (2)</p><p>　　其與C成比例，施密特觸發(fā)器

23、的臨界電壓值為：</p><p>　　, (3)</p><p>　　, (4)</p><p>　　我們選擇==(=10k)因此=/3,=2/3, T = Cln 4。充電

24、電阻=100 k，根據(jù)圖3和方成2中的的值，使電路在21kHz和360kHz的頻率范圍內(nèi)震蕩。這一操作頻率范圍對(duì)于傳感器和進(jìn)行時(shí)間測(cè)定的微控制器都是合適的。此外，的取值要比（圖2b）的大很多，因此后者對(duì)測(cè)量的影響可以認(rèn)為是微不足道的。表1概括了每一個(gè)測(cè)量中由此產(chǎn)生的周期（，，），在這里，k=ln4。</p><p>　　圖5 （a） 弛張振蕩器作為電容-周期轉(zhuǎn)換器。 （b）振蕩器工作時(shí)和得波形。<

25、/p><p><b>　　3.3.微控制器</b></p><p>　　微控制器控制多路復(fù)用器并且測(cè)量振蕩器輸出信號(hào)的周期。周期的測(cè)量是通過(guò)嵌入式數(shù)字定時(shí)器而進(jìn)行的，因此得到了數(shù)值N[16]。所選用的微控制器是PIC16F876（微晶片），以20MHz的頻率運(yùn)行。嵌入的16位定時(shí)器1和CCP1捕捉模塊負(fù)責(zé)以= 200納秒的分辨率進(jìn)行時(shí)間測(cè)量。為了減少量子化的相對(duì)影響，微控

26、制器連續(xù)對(duì)128個(gè)周期的振蕩器輸出信號(hào)進(jìn)行測(cè)量。表1列出了每一次測(cè)量的結(jié)果值（,和）。 </p><p>　　一旦我們有了,和的值，可以通過(guò)3重信號(hào)自動(dòng)校準(zhǔn)技術(shù)來(lái)計(jì)算下面的比值[13]：</p><p><b>　　(5)</b></p><p>　　根據(jù)表1和方程（5），傳感器的電容值可以用=M估計(jì)。</p><p>

27、<b>　　4.有源屏蔽</b></p><p>　　電容式傳感器通過(guò)一個(gè)三軸電纜連接到接口電路，如圖4所示。第一次使用有源屏蔽技術(shù)（即屏蔽是在與內(nèi)部導(dǎo)體具有相同的潛力的情況下起作用的）作為屏障，測(cè)量該電纜的附加電容時(shí)影響就會(huì)大大減少。第二個(gè)屏障接地并作為當(dāng)前的返回路徑。</p><p>　　圖6a中顯示了有源屏蔽電路連同理想的電容式傳感器和振蕩器電路的電阻器（圖5a

28、）。電纜的屏蔽是通過(guò)一個(gè)配置成電壓跟隨器的運(yùn)算放大器（OpAmp）而起作用的。要想有一個(gè)穩(wěn)定并且精確的有源屏蔽電路，其中關(guān)鍵的一點(diǎn)是運(yùn)算放大器單位增益的選取[10]。接下來(lái)我們解釋已經(jīng)連接的電纜和傳感器的附加元件是怎樣決定的。</p><p>　　圖6（a）有源屏蔽電路。 （b）包括連接電纜的附加元件的等效電路。 （c）同時(shí)包括連接電纜和電容器的附加元件的等效電路。</p><p>

29、　　圖6b顯示的是在考慮連接電纜的附加元件的情況下圖6a的等效電路。代表內(nèi)部導(dǎo)體和電纜的第一屏障之間的電容，是電路和之間的電感，是相互連接的導(dǎo)體的電阻。電路還包括運(yùn)算放大器的輸出電阻。此電路的穩(wěn)定條件是[10]：</p><p><b>　　(6)</b></p><p>　　其中頻率定義為該運(yùn)放能保證穩(wěn)定的最大允許帶寬。</p><p>　　

30、所使用的電纜是通過(guò)阻抗測(cè)量?jī)x測(cè)量其特性的，結(jié)果是=98pF/m，=620nH/m，=1.0/m.運(yùn)放的輸出電阻一般是在50到200的范圍內(nèi)變化[17]；最小值=50是穩(wěn)定性最差的情況，因?yàn)榇藭r(shí)最小。對(duì)于，當(dāng)其為最大值的時(shí)候穩(wěn)定性最差，即液位為最大值的時(shí)候（根據(jù)圖3=340pF）。另外，從3.2節(jié)中，我們有=100k。因此，根據(jù)（6）式，1米互聯(lián)電纜的穩(wěn)定條件是<16.9MHz。</p><p>　　圖6c給

31、出了線纜和電容式液位傳感器的附加元件均考慮時(shí)的等效電路。從穩(wěn)定性分析的角度來(lái)看，高頻傳感器的電路模型（圖2c）比低頻傳感器的電路模型（圖2b）更關(guān)鍵，處于這個(gè)原因，前者被應(yīng)用于圖6c。此電路的穩(wěn)定條件可以很容易由（6）式得到：</p><p><b>　　(7)</b></p><p>　　當(dāng)容器充滿時(shí)，我們得到=340pF，=971pF，=501nH（圖3）。由此根

32、據(jù)（7）式，一米長(zhǎng)連接線纜的穩(wěn)定條件是<10.1MHz，這比前面發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題跟嚴(yán)重。因此，傳感器的附加元件大幅降低了值，換句話說(shuō)，這使得電路更加易受不穩(wěn)定因素的影響。</p><p>　　如果線纜或是傳感器的長(zhǎng)度有一個(gè)增加的話，的值就會(huì)減小，因此，窄帶運(yùn)放為了避免不穩(wěn)定就應(yīng)該及時(shí)調(diào)整。另一方面，如果線纜或是傳感器中有一個(gè)的長(zhǎng)度減小的話，那么的值就會(huì)增加，寬帶運(yùn)放就應(yīng)及時(shí)調(diào)整?？紤]到運(yùn)放的帶越寬，振蕩器輸出信號(hào)

33、[10]的周期誤差就越小，因此帶寬應(yīng)越大越好。</p><p>　　5.實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及討論</p><p>　　對(duì)所設(shè)計(jì)的測(cè)量系統(tǒng)性能利用圖1所示的設(shè)置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試。傳感器放在一個(gè)接地的金屬容器（直徑42cm高度84cm）內(nèi)，該傳感器大約位于容器中心，但是在其他位置（除了和容器壁極其接近的地方）的性能應(yīng)該是相同的。所使用的液體是自來(lái)水（電導(dǎo)率為0.5mS/cm），自來(lái)水通過(guò)容器底部的兩個(gè)管子

34、加入和排出。實(shí)際的液位是通過(guò)加入和排出的液體體積（通過(guò)化學(xué)測(cè)試管準(zhǔn)確控制）及容器的面積計(jì)算的。傳感器通過(guò)一米長(zhǎng)的連接電纜接到內(nèi)部電路。</p><p><b>　　5.1.穩(wěn)定性</b></p><p>　　表2 對(duì)于具有不同單位增益帶寬的集成運(yùn)放的穩(wěn)定性的試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果（）</p><p>　　對(duì)于一些不同帶寬的商用集成運(yùn)放，有源屏蔽電路的電子

35、器件的穩(wěn)定性是以最高液位（大概70cm）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)定的。表2給出了集成運(yùn)放的名義和實(shí)測(cè)的的值，和理論穩(wěn)定條件相符合的穩(wěn)定結(jié)果（即<10.1MHz）出現(xiàn)在第四部分。出于穩(wěn)定性的考慮，表2中的前三個(gè)任何一個(gè)都是很好的選擇。然而，出于精確度的考慮，選擇寬帶集成運(yùn)放是更合理的。因此，對(duì)于設(shè)計(jì)有源屏蔽放大器，應(yīng)選擇OPA743。</p><p><b>　　5.2.線性</b></p>

36、;<p>　　圖7顯示了在0厘米和70厘米范圍變化的不同水位的測(cè)量比率M。為了避免物理滯后效應(yīng)，各級(jí)都呈增長(zhǎng)模式。通過(guò)最小二乘法使直線擬合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為：</p><p>　　M=0.0148h+0.0864 ， （8） 其中h是以厘米為單位的液位高度。方程（8）中顯示靈

37、敏度為0.0148，偏移量為0.0864，這基本上是由傳感器的偏移電容決定的。圖7顯示了非線性測(cè)量的誤差。最高非線性誤差約為滿刻度量程（FSS）的0.05％，其數(shù)值對(duì)應(yīng)于0.35mm。雖然是遠(yuǎn)程傳感器，這種線性結(jié)果要好過(guò)[6,7]中的那些規(guī)定，考慮到這是簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)原型，這是非常令人滿意的。</p><p><b>　　水位</b></p><p>　　圖7 線性測(cè)試的

38、實(shí)驗(yàn)結(jié)果。</p><p><b>　　5.3.分辨率</b></p><p>　　對(duì)于一個(gè)穩(wěn)定的液位，氣比率M的標(biāo)準(zhǔn)差小于25×，在數(shù)值上為0.02mm。對(duì)于比率M的兩組數(shù)據(jù)的直方圖中，相差0.1mm液位的M值可以清晰地分辨出，這意味著分辨率高于0.1mm。經(jīng)過(guò)一段70厘米的水平范圍，這個(gè)分辨率幾乎是13位的。與第5.2節(jié)相同，這些分辨率的數(shù)值仍比[6,7

39、]中規(guī)定的要好，雖然是遠(yuǎn)程傳感器。實(shí)現(xiàn)這個(gè)分辨率的總的測(cè)量時(shí)間低于20ms，這是完全可以在液位測(cè)量時(shí)使用的。</p><p><b>　　5.4.磁滯現(xiàn)象</b></p><p>　　圖8給出了一個(gè)滯后測(cè)試的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。對(duì)于一個(gè)特定水位的比率M值取決于該水位所達(dá)到的方位；確切地講：M在減少模式要比在增長(zhǎng)模式更高。最高滯后誤差為0.13％的滿量程，這對(duì)應(yīng)于0.90mm。此

40、滯后的原因是“回流現(xiàn)象”[2]: 當(dāng)液面下降時(shí)，它將使得傳感器電極上留下一層影效，引起該系統(tǒng)標(biāo)示值高于預(yù)期值。這種回流影效取決于粘度，密度和液體表面張力。當(dāng)液體以同樣的方式（即要么通過(guò)減少要么通過(guò)增加）達(dá)到同樣的液位時(shí)，M的結(jié)果是相同的，從而呈現(xiàn)出良好的重復(fù)性。在圖8中滯后測(cè)試的開(kāi)始和停止點(diǎn)就是這種情況的案例。</p><p>　　圖8 滯后測(cè)試實(shí)驗(yàn)結(jié)果。</p><p><b>

41、;　　5.5.溫度效應(yīng)</b></p><p>　　比率M（在最高水位）和水溫會(huì)連續(xù)幾個(gè)小時(shí)進(jìn)行測(cè)量。在溫度測(cè)量范圍內(nèi)（23℃到28℃范圍之間），M的溫度系數(shù)大致是?200×℃（見(jiàn)圖9），在最大水位其值為-0.13mm/℃。這種溫度特性不僅歸因于該傳感器系統(tǒng)，還與水位有著聯(lián)系。由于水的熱膨脹性，容器的熱膨脹和水分的蒸發(fā)，液面變化會(huì)隨著溫度的變化而變化。在我們的測(cè)量裝置中，通過(guò)在液面上加一層薄

42、薄的油膜極大削弱了水分蒸發(fā)的影響。在這些條件，液位的溫度系數(shù)幾乎等于水的體積熱膨脹系數(shù)，在25℃下為250×℃。因此，傳感器系統(tǒng)的溫度系數(shù)是-450×℃。也許這個(gè)溫度的依賴主要是由于傳感器，而不是接口電路。這種溫度依賴性主要?dú)w因于傳感器，而不是接口電路。例如，溫度的增加可以擴(kuò)大絕緣電極的絕緣厚度（因此增大直徑），因此可以減小和M，從而產(chǎn)生負(fù)溫度系數(shù)。根據(jù)方程（1），如果的溫度系數(shù)是150×℃（即聚四氟乙烯的

43、線性熱膨脹系數(shù)），因此的溫度系數(shù)是-370×℃，這個(gè)結(jié)果與以前所發(fā)現(xiàn)的相當(dāng)吻合。</p><p>　　圖9 溫度效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。</p><p><b>　　6.結(jié)論</b></p><p>　　遠(yuǎn)程接地電容式傳感器液位測(cè)量系統(tǒng)已經(jīng)提出。并將有源屏蔽技術(shù)應(yīng)用于連接傳感器和接口電路。為了有一個(gè)穩(wěn)定的電路，有源屏蔽放大器的帶寬必須符合穩(wěn)定

44、條件（7），這取決于連接電纜和傳感器的附加元件。一個(gè)簡(jiǎn)單的弛張振蕩器被用作接口電路。對(duì)于該傳感器的性能以及隨后微控制器進(jìn)行的時(shí)間測(cè)量來(lái)說(shuō)，工作頻率在在幾十千赫到幾百千赫范圍內(nèi)都是可取的。盡管設(shè)計(jì)原型比較簡(jiǎn)單，實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻非常令人滿意。在70厘米的液位變化范圍內(nèi)，誤差（由于非線性，滯后和溫度的影響）小于1mm而且在20毫秒測(cè)量時(shí)間內(nèi)分辨率優(yōu)于0.1毫米。因此，該系統(tǒng)也可用于泄漏檢測(cè)。</p><p><b>