磁翻板液位计用于各种工业和汽车应用。电容传感器将介电材料的位置或特性的变化转换成电信号。电容器的这些特性可用于测量储罐中的液位。已经描述了电容液位测量的各个方面和配置。这里，还对使用电容传感器的几种液位测量技术进行了回顾，用于导电和非导电液体。

一，导言
   电容技术广泛用于测量所有类型的水位。大多数电容器设计用于保持固定的物理结构。但是，各种因素都会改变电容器的结构; 由此产生的电容变化可用于感知这些因素。电介质的变化改变了板之间的距离并改变了板的有效面积。液体特性，如深度压力，浮力，相对介电常数，导电性和导热性，声波或光波的液体表面反射，以及辐射吸收，用于设计不同类型的液位传感器，用于任何液位测量过程工业。有两种类型的电容式液位传感器，接触式或非接触式，用于水位测量。图1描述了基于远程接地电容传感器的液位测量系统的设计和实现。已经将不锈钢棒和聚四氟乙烯（PTFE）绝缘线用于电容传感器的电极。桂荣等人 图2已经提出了一种电容式液位传感器，不仅用于液位而且用于梯度方向和梯度角逐步测量。在该提出的模型中，四个电极用于电容式液位传感器。贝拉等人。3已经进行了设计为导电液体的低成本的非接触电容式液位传感器。它们将空气对电介质的影响降至最低。贝拉等人。4还提出了一种用于任何类型液体的改进的电容式液位传感器，其中消除了金属杆的自感效应。Sheroz Khan等人。图5设计了一种低成本的非接触式电容式液位传感器。由聚氯乙烯（PVC）制成的圆柱体已被用作电容传感器的电介质。

   在该评论文章中，已经描述了电容传感器的基本工作原理，并且类似地，已经描述了电容液位测量的各个方面和配置。还讨论了电容电平测量技术的应用和优点。

II。背景
   液体特性6- 9类似浮力，深度压力，相对介电常数，电导率，热导率吸收或辐射，声音或光波的液体表面反射等与液位有关。液体的这些特性用于设计不同的推论类型的液位传感器，6- 8，如浮子，置换器，压力传感器，电容式探头，部分浸入式电阻丝探针等。在这些中，接触式液位传感探头，6，7等浮子，置换器，电容探针，等等，具有缺点，即液位其特征性质可以改变由于液体和探头之间的物理或化学反应材料，因此，他们的生命周期可能是有限的。的非接触式液位传感探头，6，8等的超声波探头，吸收探头，非接触式电容探头，等等，可以具有更长的寿命周期，但它们比较昂贵，并且需要在各种环境和实验的预防措施测量。

   电容式水位传感器的具体来源无法准确确定，但似乎可以追溯到过去十年的开始。2006年，Bera等人。图3提出了一种用于测量导电液体液位的低成本非接触式电容技术。在这项技术中，他们试图消除对流非接触电容式液位传感探头的缺陷; 由玻璃，陶瓷，尼龙，PVC等绝缘材料制成的均匀直圆柱体的材料用于圆柱形电容器的介电。

   磁翻板液位计可分为两种类型：一种是浮动磁翻板液位计，另一种是接地磁翻板液位计。浮动型磁翻板液位计能够本质上免受杂散电容的影响。然而，由于浮动磁翻板液位计的安全原因和/或操作限制，在一些应用中仍然需要接地电容传感器，例如，接地金属容器中的导电液体的液位测量。6 Reverter等。1在2007年设计并实现了基于远程接地电容传感器的液位测量系统.Khan等。图5设计了一种用于液体识别目标的新型非接触式电容式液位传感器。

   大多数磁翻板液位计具有基于液体和空气的介电常数之间的较大差异的近似值。Canbolta 10提出了一种消除空气影响并在2009年准确读取液位罐的方法。数学证明该方法完全消除了影响读数的不同因素，如空气和温度。

   桂荣等人 图2提出了具有四个电极的磁翻板液位计。所提出的方法不仅用于测量容器的液位，还用于评估容器的梯度状态。它已经由作者实验证明。

   在传统的传感器中，两个相同的电极用于测量非金属储罐中的液位。贝拉等人。图4提出了磁翻板液位计可用于金属或非金属储罐中的导电和非导电液体。

III。理论与运作
   磁翻板液位计的基本原理是它将位置的变化或介电材料的特性转换成电信号。3通过改变电容器的三个参数中的任何一个来实现电容传感器：板（d）之间的距离，电容板的面积（A）和介电常数（εr）; 因此

   C = f （d ，A ，ε[R）    （1）
   在这个原理中，已经开发了不同种类的传感器。在电平测量中使用许多不同类型的基于电容的传感器。上面讨论的电容器的一般特性可用于测量储罐中的液位。

   在传统的磁翻板液位计系统中，两个电极用于非金属罐，一个电极用于导电罐。这些系统建立了一个电容器，如图1所示和2。如果两个端子之间的间隙是固定的，则可以通过测量浸入液体中的导体之间的电容来确定液位。由于电容与介电常数成比例，因此在两个平行杆之间上升的流体将增加测量单元的净电容作为流体高度的函数。两个电极中的一个是感应电极，另一个是驱动电极。为了测量液位，用驱动电极施加激励电压并用感测电极检测。电容传感器的感测电极可以成形为各种形式和结构。
IV。评论
   传统的非接触式液位传感器用在电容器的导电液位和传感电极之间的空气柱中作为电介质。在传统的非接触式液位传感器中，空气用作电介质; 因为我们知道空气具有低的介电常数并且经常改变其介电特性，所以换能器存在误差，因此似乎具有有限的应用。为了最大限度地减少对传统非接触式磁翻板液位计的空气影响，Bera等人。32006年设计并制造了一种用于导电液体的低成本非接触磁翻板液位计。在设计技术中，液位传感探头由均匀的空心圆柱体制成，由玻璃，陶瓷，PVC和铁氟龙等绝缘材料制成。 。气缸与金属储罐连接。所提出的技术使用两种类型的电容式液位传感器。一种水平传感器由高密度聚乙烯（HDPE）管制成，其长度为900mm，内径为40mm，壁厚为3mm。PVC绝缘连接铜线用于该液位传感器的短路线圈的双层无感绕组。第二种液位传感器由耐热玻璃管制成，长800 mm，内径12 mm，厚度2 mm，并使用18标准线规（SWG）的超级漆包铜绕组线。两层在相同方向上一个在另一个上方均匀地缠绕在传感滚筒上。两层绕组的起始端都是电短路的。精加工端也短路并作为传感电容器的一个端子。杂散磁场在相反方向上感应出电流，因此消除了线圈的自感。为了测量电平感应探头的电容变化，使用两个运算放大器（Op-amp）修改De Sauty电桥。金属和非金属储罐中开发的HDPE和玻璃管液位传感器的静态特性是线性的，具有非常好的重复性。两层在相同方向上一个在另一个上方均匀地缠绕在传感滚筒上。两层绕组的起始端都是电短路的。精加工端也短路并作为传感电容器的一个端子。杂散磁场在相反方向上感应出电流，因此消除了线圈的自感。为了测量电平感应探头的电容变化，使用两个运算放大器（Op-amp）修改De Sauty电桥。金属和非金属储罐中开发的HDPE和玻璃管液位传感器的静态特性是线性的，具有非常好的重复性。两层在相同方向上一个在另一个上方均匀地缠绕在传感滚筒上。两层绕组的起始端都是电短路的。精加工端也短路并作为传感电容器的一个端子。杂散磁场在相反方向上感应出电流，因此消除了线圈的自感。为了测量电平感应探头的电容变化，使用两个运算放大器（Op-amp）修改De Sauty电桥。金属和非金属储罐中开发的HDPE和玻璃管液位传感器的静态特性是线性的，具有非常好的重复性。精加工端也短路并作为传感电容器的一个端子。杂散磁场在相反方向上感应出电流，因此消除了线圈的自感。为了测量电平感应探头的电容变化，使用两个运算放大器（Op-amp）修改De Sauty电桥。金属和非金属储罐中开发的HDPE和玻璃管液位传感器的静态特性是线性的，具有非常好的重复性。精加工端也短路并作为传感电容器的一个端子。杂散磁场在相反方向上感应出电流，因此消除了线圈的自感。为了测量电平感应探头的电容变化，使用两个运算放大器（Op-amp）修改De Sauty电桥。金属和非金属储罐中开发的HDPE和玻璃管液位传感器的静态特性是线性的，具有非常好的重复性。

   电容传感器可分为两组：一组是浮动电容传感器，另一组是接地电容传感器。前者是优选的，因为它可以通过本质上不受杂散电容影响的接口电路读取。然而，由于浮动电容传感器的安全原因和/或操作限制，在一些应用中仍然需要接地电容传感器，例如，接地金属容器中的导电液体的液位测量。11在许多工业应用中，例如油箱底部的水位测量，12传感器远离其信号调理电路。在这些情况下，为了减少外部噪声的影响，可以使用屏蔽电缆将传感器连接到接口电路。对于接地磁翻板液位计，常见的无源屏蔽是不合适的，因为电缆的寄生电容（其值可能远大于传感器的值）取决于环境条件，并且与传感器平行。传感器的寄生元件也可以在有源屏蔽电路的性能中起重要作用。Reverter等。1已经描述了基于远程接地电容传感器的液位测量系统的设计和实现。它详细分析了寄生元件对有源屏蔽电路的影响，在此之前尚未对其进行分析。应用有源屏蔽技术将传感器与接口电路互连。为了获得稳定的电路，有源屏蔽放大器的带宽必须满足稳定条件，这取决于互连电缆和传感器的寄生元件。使用简单的张弛振荡器作为接口电路。对于传感器性能和随后执行定时测量的微控制器，它们使用的工作频率范围为数十至数百千赫兹。该系统设计简单，原型，实验结果令人满意。该系统也可用于泄漏检测。

   2008年，Sheroz Khan等人。图5设计了一种用于液体识别目标的新型非接触式电容式液位传感器。基于运算放大器的改进桥接网络，如图3所示 已经用于测量所提出的水平传感探头的电容变化，其中桥网络的输出引线之间的寄生电容的影响被最小化。
   通过平衡电桥和额外电容可以发现未知电容。电路的传递函数H（s）由电路的下部和上部构成
   对于所提出的模型导出的上述等式给出了输出电压与电容变化的线性关系，如果施加的输入电压恒定且具有稳定的频率。实验结果显示出良好的线性度，并且在所有测量中具有可接受的准确度。

   传统的磁翻板液位计仅测量液位。但是，在一些实际应用中同时需要更多关于测量变量的信息，例如，液体的辨别，液体的温度等。每当船舶处于动态状态时，船舶状态的垂直和梯度在实际应用中也是必要的。桂荣等人 图2提出了一种具有四个电极的电容式液位传感器，其基于多功能感测。所提出的模型检测填充在圆柱形容器中的液体中的液位变化，并且类似地，它检测容器的状态，如梯度方向和梯度角。

   所提出的传感器2的测量原理如图4所示。在传感器C0的输出用于检测液位的情况下，其他输出C1，C2，C3和C4用于估计容器的状态，梯度方向和梯度角。
   在所提出的模型中，连接了四个电极，如图5所示。因此，传感器成为四电极传感器。电容C1，C2，C3和C4用于液位测量，容器的梯度也通过V1 = C1-C2和V2 = C3-C4测量。在所提出的模型中，传感器的性能良好，小于30°。所提出的模型的优点是不需要任何额外的组件来测量梯度方向和梯度角。因此，它降低了制造和应用成本。
   在一个磁翻板液位计中不能完全消除空气的影响。为了测量液体的高介电常数，应尽可能减小磁翻板液位计的影响，但空气中的水分会显着改变读数。为了忽略空气的影响，每当在罐中填充不同种类的液体时，应针对每种液体校准传感器。因此，应对容器中的每种液体重新校准传感器。这是一个昂贵的过程，并且通常是不实际的。Canbolta 10提出了一种消除空气影响的方法，并测量了罐内液位的准确读数。该方法可直接应用于任何种类的非导电液体而无需校准。

图6图1是在所提出的模型中使用的传感器设置的示意图。他使用了两个额外相同的电容传感器。容器底部的电容传感器用作液体介电基准的参考传感器，容器顶部的电容传感器用作空气介电基准。两个传感器都是相同的，具有相同的空间尺寸。第三传感器用作液位传感器，用于液位测量。对于所有这三个传感器，在平行板之间使用相同的距离d，并且宽度W也相同。电容数字转换器（CDC）用于所有传感器，以将介电值转换为数字信息。
   传统的磁翻板液位计包括浸入容纳在储罐中的液体中的绝缘固体金属杆电极，或者金属储罐中的两个这样的相同电极。这种金属杆可能受到自感效应的影响，该自感效应随着电平非线性地变化。贝拉等人。图4示出了用于任何类型液体的改进的电容式液位传感器的研究，其没有传统电容型液位传感器的金属杆电极的自感效应。为了最大限度地减小电感的影响，每个电极由绝缘圆柱上的均匀缠绕的短路无感线圈组成，绝缘圆柱保持在由绝缘材料制成的屏蔽圆柱内，如图7所示。。
   将圆筒放置在较大直径的圆筒内，使得在内部线圈和外部线圈之间形成圆柱形电容，其不与液体接触。通过改进的电容桥技术测量电容型液位传感器的电容变化。作者通过实验发现，传统的双电极电容式液位传感器的金属电极之间存在自感效应。该自感随电平非线性变化或可能影响电平变换器的线性动态性能。所提出的液位传感器具有非常好的线性度和可重复性。所提出的传感器的无感线圈消除了传统电容式液位传感器的自感效应。由于这些线圈不与处理液接触，传感器的使用寿命将远远超过传统磁翻板液位计的寿命。所提出的传感器可用于导电和非导电液体。传统的传感器需要两个相同的电极来测量非金属储罐中的液位，但在所提出的模型中，非金属罐中不需要两个相同的电极。该传感器的设计比传统传感器更容易。该传感器的成本也低于传统传感器的成本。在传统的电容式液位传感器中，涂层材料的厚度必须是均匀的，但是难以获得，因此传统传感器的性能受到很大影响。

五，结论
  本文旨在概述近年来电容式液位传感器的一些重要发展，包括：

   一种低成本的非接触式电容式液位传感器，在金属和非金属储罐中具有非常好的可重复性。

   远程接地磁翻板液位计，用于液位测量。它适用于高达70 cm的电平范围，在此范围之上，由于非线性，滞后和温度而发生错误。

   一种低成本的非接触式电容式液位传感器，可分析各种导电液体。设计的技术已被用于液体识别目标。

   使用三个磁翻板液位计的液位测量技术可降低物理参数的影响，如温度，潮湿气隙和灰尘：

   四电极电容式液位传感器用于测量液位，梯度方向和梯度角;

   改进的电容式液位传感器用于导电和非导电液体，它消除了传统电容式液位传感器的自感效应。


   我们观察到磁翻板液位计由于其低成本，线性和良好的可重复性而在工业应用中更有效。使用这些技术，可以测量高达80厘米的水平。可以进行未来的实验以修改电容式液位传感器，使得它可以用于测量更大范围的仪表的液位高度。
 

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