[发明专利]一种电容式液位传感器最佳匹配参数设计方法

说明书

本发明公开一种电容式液位传感器最佳匹配参数设计方法，包括如下步骤：步骤1：将信号源输出电压、阻抗为X_R的阻抗器件和阻抗为X_S的电容传感器构成串联电路，步骤2：根据公式2计算电容传感器上的阻抗电压V_S的变化量δ；步骤3：对公式(2)求X_R的一阶导数；步骤4：根据公式(5)所得X_R即为获得传感器最大动态电压变化量δ_max的取值；步骤5：将电容传感器的阻抗X_S的区间数值代入公式(5)，并取复数的模可得X_R。根据本方法原理设计出的电容式液位传感器适用于介电常数低的液体的液位测量，提高了传感器的灵敏度，提高了传感的测量精度，传输的信号更加准确。

技术领域

本发明涉及一种电容式液位传感器最佳匹配参数设计方法，属于液位传感器技术领域。

背景技术

液位传感器是将液位的变化转换为电压的变化,该电压能够很好的与液位的高低相对应起来，从而实现了实时液位监测。在外部应变量的作用下，电容式液位传感器将输出与外部应变量对应的电压信号。液位传感器上的电压变化量δ，是衡量传感器灵敏度的重要指标。对于特定参数的液位传感器，其输出电压变化量不仅受到自身参数的影响，还受到外部电路结构和参数带来的影响。由于整体电路结构和参数的选频特性，如果外部电路及其参数配置不当，将会显著降低液位传感器的灵敏度。为此，研究液位传感器外部电路结构和参数配置，在液位传感器技术及其应用领域具有重要意义。

发明内容

为了获得液位传感器的最佳输出动态信号，本发明提供一种电容式液位传感器最佳匹配参数设计方法，通过测试电容上的电压变化量确定传感器的电容变化量，并最终获得传感器外部施加的应变量的变化量。

一种电容式液位传感器最佳匹配参数设计方法，包括如下步骤：

步骤1：将信号源输出电压、阻抗为X_R的阻抗器件和阻抗为X_S的电容传感器构成串联电路，其中，信号源输出电压是幅度和频率分别为V_T和f 的正弦波电信号，则电容传感器上的阻抗电压V_S表达式为：

步骤2：设外界应变导致电容传感器的阻抗变化区间为X_S∈[X_Smin,X_Smax]，则电容传感器上的阻抗电压V_S的变化量δ表示为：

其中，信号源输出电压V_T是常数，电容传感器的最大阻抗X_Smax和最小阻抗X_Smin为已知的常量，则电容电压动态变化量δ仅为关于X_R的函数；

步骤3：对公式(2)求X_R的一阶导数，如公式(3)所示：

步骤4：令步骤3得到的导数为零得到关于X_R的方程：

以X_R作为未知数，求解方程(4)可得：

公式(5)所得X_R即为获得传感器最大动态电压变化量δ_max时的取值；

步骤5：定义电容传感器的阻抗其中C_S为传感器动态电容，i为虚数单位，将电容传感器的阻抗X_S的区间数值代入公式 (5)，并取复数的模可得：