电容式物位传感器是一种由测量介质表面的变化引起的变介质电容传感器。它具有可靠性高、安装方便等特点,可广泛应用于冶金、采矿等部门的材料位置控制,是应用最广泛的物位传感器。
电容位置传感器的工作原理是插入仓库中的电极与仓库壁之间的电容器。当仓库中材料位置的变化导致电容量的变化时,通过转换电路获得相应的控制信号。由于电容量是连续的,传感器可以用作连续的位置测量或位置开关,作为报警或进料和卸料设备的输入信号。位置传感器具有成本低、无机械磨损、安装维护方便等特点。传统的方法是通过调频振荡电路实现电容量到频率的转换,并通过限制放大和线性化检测器获得相应的电压或电流信号。如果材料粘在电极(探头)上一段时间,它通常会导致控制器的错误运动,这已经从传统的检测电容发展到检测探头和仓库壁之间的引导。
电容式物位传感器按圆柱形电容器的原理工作。它的结构有两个长度l ,半径分别为r和r圆柱形金属导体中间隔为绝缘材料,当中间充电介质为介电常数时ε1的气体时,两圆筒的电容量为: 如果被测介质为导电性液体时,电极要用绝缘物(如聚乙烯)覆盖作为中间介质,而液体和外圆筒一起作为外电极。假设中间介质的介电常数为ε3.电极浸没长度为l,则此时电容器所具有的电容量为: 其中:r 和r 分别为绝缘覆盖层外半径和内电极外半径。ε3 是常数,所以c 与l 成正比。 如果电极的一部分被介电常数为ε当液体(非导电性)浸没时,必须有电容量的增量△c 产生(因ε2>ε1)此时两极之间的电容量c=c1 △c。假如电极浸没的长度l,电容增量为:ε1)此时两极之间的电容量c=c1 △c。假如电极浸没的长度l,电容增量为: 当ε2、ε1、r、r不变时,电容量增加△c长度与电极浸没l 成正比,所以测量电容增量值就能知道液位高度。