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一种非接触式液位开关设计及其应用 The Design and Application of a Contactless Liquid Switch (广东工业大学)林小平 陶福兆 唐露新 丁磊 Lin,Xiaoping Tao, fuzhao Tang,luxin Ding,lei 摘要：本文介绍了一种非接触液位开关的设计与应用，详细说明了根据电容式传感器理论及 高频信号理论设计的非接触液位开关的电路组成及设计细节，主要突出了非接触液位开关的 廉价、可靠及易用性，并给出了非接触液位开关的实际应用案例及效果。 关键词：非接触液位开关；电容式传感器；高频信号 中图文分类号：TP368.1 文献标识码：B Abstract ： This article mainly introduced the design and application of a contactless liquid switch, It described the component and design detail of the contactless liquid switch circuit, which is based the principle of capacity theory and high frequency theory, and it emphasized the cheapness, credibility and simpleness of the contactless liquid switch. The application case and results of the contactless liquid switch were given finally. Key words: Contactless liquid switch; Capacity Sensor; High Frequency Signal 1.引言 传感器技术正从分立的、“笨重”的、昂贵且没有灵活性的仪器演变为智能化的、可自 动校准的硅基单元。同时硅敏感器件以及分立的仪器所选用的测量方法也从原来的多种变换 原理，如磁、光和压电等，向电容式原理演变。目前飞速发展的无线传感器网络亦是在基于 传统传感器技术的基础上，融入无线传输及网络技术的产物[1] 。 电容式传感器可用于多种不同的应用场合。简单的电容式传感器用于有或无的检测，这 方面的实例是监测容器中的液位，而复杂的电容式传感器可以实现很高的模拟信号精度和线 性度，而与数字电路结合的多电极系统也具有很高的数字信号精度。近年来电容式传感器广 泛应用于测量、开关、通信、接近觉传感器等方面。 笔者设计的非接触式液位开关就是基于电容式传感器的一种设计应用。 2.非接触液位开关设计[1] 所谓的“非接触”是指液位开关无需与液体直接接触，而是安装在储存液体的容器外壁 上，这要求储存液体的容器是绝缘材料，若储存液体的容器是导电的，应该采用接触式的测 量方法。 图 1 非接触液位开关的组成框图 林小平：工程师 基金项目：广东省自然科学基金资助项目（编号） 如图 1 所示，非接触液位开关的组成包括接地金属电极、高频振荡电路、波形整形及高 频整流电路和电源电路。 2.1 接地金属电极 接地金属电极的作用是与待测液体形成接近电容，按照电容理论，金属电极与空气之间 形成的电容大概几个皮法（本设计中因为液位开关与储存液体的容器外壁紧贴，所以该电容 可以忽略），而与液体之间形成的电容会根据液位与电极的相互位置有关，从几个皮法到几 十皮法不等。因为本设计主要用于“有”或“无”的检测，所以无需准确测量电容值。通过 调节与接地金属电极相连的可变电阻可以适应不同的容器外壁厚度。 2.2 高频振荡电路 如图 2 所示，利用施密特触发器 U1B 形成振荡电路，通过调节 R2 和 C1 的参数，可以 获得不同频率的锯齿波，再通过 U1C 获得规整的矩形波信号。 图2 高频振荡电路图 2.3 波形整形及高频整流电路电路 如图 3 所示，利用施密特触发器 U1A 、肖特基二极管等组成，该电路是非接触液位开 关设计的关键部分。如果被测液位没有达到设定位置，