摘要：介绍了一种用于料位检测的电容式传感器的结构设计方法。并针对所设计的传感器，给出了相应的检测电路及其原理，同时给出了通过该传感器对砂石样本得出的具体检测数据的试验结果。
关键词：料位检测；电容式传感器；C-V变换

0 引言
    电容式传感器具有结构简单，分辨率高，低成本、体积小、抗干扰能力强，动态响应快，以及可连续在线测量等优点，因而在电子测量技术中占有十分重要的地位。但是，电容式传感器的电容值十分微小，这样微小的电容必须借助于专用测量电路来检测，并将其转换为与其成正比的电压、电流或频率信号。为此，本文研究了电容传感器在物料测量中的应用，介绍了一种料位测量实验装置，并以砂石介质为样本，给出了一种适合于料位检测的最佳测量电路。

1 检测装置的基本原理
    本设计的测量装置采用圆筒型电容传感器，其具体结构如图1所示。这种形状的电容式料位传感器常用于松散型颗粒状物料和粉料状物料的检测，如煤粉、沙子、粮食等料面连续测量与位式测量，也便于颗粒状物料的装入，而且，采用圆筒型传感器可减小边缘效应对电容值的影响。另外，由于它的电极是非对称的，即内极板被外极板所包络，因而可以十分有效地抑制人体感应。该圆筒型电容传感器的计算公式如下：
   
    式中：C0为未装入物料时传感器的初始电容；ε0为空气的介电常数；L为两电极的长度；R2为外电极的半径；R1为内电极的半径。

    当装入物料位为H时，传感器的电容量Cx为：
   
    式中，ε为被测物料的介电常数。
    由上俩式可知，当被测物料位置由零增加到H时，传感器的电容变化量为：
   
    显然，参数ε，R2，R1均为定值，因此，圆筒型电容传感器的电容变化量与料位H是一一对应的关系，即测取传感器的电容量就可确定被测料位。
    实验时，可采用本传感器并以砂石料斗壁为电容传感器的一极，另一极为金属棒，两电极之间由损耗很小的窄条介质连接。结构可选为R2=15cm，R1=3cm，L=100cm。极板与检测电路的连线应较短，且连线外应加屏蔽线，这样可减小外界寄生电压的干扰。通过容器内砂石量的变化引起电容量的变化，可以建立C-V之间的关系，以寻找最佳检测电路，进而建立砂石料位与电压的关系。