使用电容式传感器测量油库油压

使用电容式传感器测量油库油压

赵慧娴

ToMeasuretheOilPressureofOilDepotwithCapacitance-typeSensor

赵慧娴ZHAOHui-xian（内蒙古机电职业技术学院，呼和浩特010070）（InnerMongoliaTechnicalCollegeofMechanicsandElectrics，Hohhot010070，China）

摘要院在石油、钢铁、电力、化学等生产工艺过程中压力是非常重要的参数电容式压力传感器是一种可以利用电容敏感元件把被测量的压力转换成为跟它有一定的关系的电信号输出的精密测量仪器。

Abstract:Intheproductionprocessofpetroleum,steel,powerandchemistryandsoon,pressureisanimportantparameter.Capacitance-typepressuresensorisakindofprecisionmeasuringinstrument,whichcantransferthepressuretobemeasuredintoelectricsignalrelatedtoitusingcapacitivesensingelement.

关键词院电容式传感器；油库油压；设计特点Keywords:capacitance-typesensor；oildepotoilpressure；designfeatures中图分类号院TP212.9文献标识码院A文章编号院1006-4311（2014）18-0063-020

引言用于专门贮存油料的专用设备即为油库，由于油料具有特异性，因此，应当采用与之相对应的油库进行贮藏。油库不仅是协调原油生产、加工以及成品油供应以及运输的纽带，更是国家石油储备和供应的基地，因此，对于保障国防和促进国民经济高速发展而言，保证油库安全具有重要的意义。为了减少油库事故的发生，必须要对油库的油压进行实时监控，本文为了能够精密的测量油库的油压，设计了电容式压力传感器。

1电容式传感器的工作原理及分类以各种类型的电容器作为传感器元件的即为电容传感器。被测物理量的变化能够通过电容传感器转化为电容量的变化，然后经过测量转换电路转换为电压、电流或者频率。由物理学可知，两个平行金属极板组成的平行板电容器，如果不考虑边缘效应，其电容量为c=着dA（1）着为两极板间介质的介电常数，着=着0着r（着r为极板间介质的相对介电常数，着0为真空中的介电常数）；A为两极板相互对应的面积，单位为m2；d为两极板间的距离，单位为m。

由式（1）可知，改变电容C的方法有三种：其一为改变介质的介电常数着；其二为改变形成电容的有效面积A；其三为改变两个极板间的距离d。通过改变电容C，可得到电参数的输出为电容值的增量驻C，这就组成了电容式传感器。因此电容式传感器可分为以下三种：淤变面积（A）式电容传感器。由以上分析可知，变面积式电容传感器的输出是线性的，灵敏度K为一常数。改变遮盖面积的电容传感器还可以做成其他形式，这一类传感器多用来检测位移、角位移、尺寸等参量。于变极距（d）式电容传感器。由此可见，变极距式电容传感器的测量范围与灵敏度及线性度相矛盾，因此变极距式电容传感器适用于测量微小位移的场合，一般的变极距式电容传感器的起始电容在20-300pF之间，极板距离在25-200vm的范围内，测量的最大位移应该小于两极板间距离的1/10。该类传感器只使用于微米数量级的位移测量。在实际应用中，为了提高传感器的灵敏度，减小非线性，常常把传感器做成差动形式，中间的极板为动极板，上下两块为定极板。当差动向上移动x距离后，一边的间隙变为d-x，而另一边则为d+x。电容C1和C2成差动变化，即其中一个电容量增加，而另一个电容量则相应减小。将C1、C2差接后，能使灵敏度提高一倍。盂变介电常数（着）式电容传感器。由于介电常数与介质性质相关，因此，在电容两极板间加不同的介质时，电容器的电容量就会随之发生变化。利用这一原理制成的传感器，广泛应用于对容器中液面高度和片状材料厚度的检测中。

2电容式油压传感器的结构及原理为了测量油库的油压，我们按照任务要求设计了电容式压力传感器。图1是一只电容式压力传感器的结构原理图，图中波纹膜片3作为传感器的动极片，而安装在支架5上的极片6为定极片，它们组成一个电容器，标准垫片9安置在动极片和定极片之间，用来保证两极板间的初始间隙，也由此决定这只电容传感器的初始电容C0。固定螺钉2把支座1、4和标准垫片等连接起来。测量时，待测的介质从支座1的中间孔进入传感器内，加压力于膜片3上，使膜片产生与压力相应的位移，从而改变两极板间的电容量，这样就完成了压力—电容的转换过程。

3主要配件的选择波纹膜片是压有环状同心波纹的圆形弹性敏感元件。

为了便于和传感元件相连接，在膜片中央留有一个光滑的部分，有时还在中心上焊接一块圆形金属片称为膜片的硬心。固定膜片的四周，当两面受到的力的作用不同时，膜片便会向压力低的一面应变移动，从而在中心产生了与压差构成一定关系的位移。波纹膜片多用于测量较小压力的弹性敏感元件。此外，将两个膜片焊接在一起制成膜盒或进一步将多个膜盒串接成膜盒组来可以有效的避免膜片中心位移的增加。由于膜盒本身是一个封闭的整体，所以密封性好，周边不需固定，给安装带来方便，它的应用更为广泛。

4设计特点4.1温度稳定性好由于电极材料不会对电容式传感器的电容值产生影响，因此，可以选择温度系数较低的材料，由于本身发热小，因此，对稳定性几乎没有影响。

4.2结构简单、适应性强由于电容式传感器结构简单且易于制造，从而能够保证较高的精度；由于可将其做的十分小巧，从而可以实现某些特殊的测量；电容式传感器的电极一般采用金属，绝缘支撑一般采用玻璃、石英以及陶瓷等五级材料，因此，在高低温、强辐射以及强磁场等恶劣环境下仍旧能够承受很大的温度变化、高压力、高冲击以及过载等；除了能够测量高压和低压差外，还能够测量带磁工件。

4.3动态响应好由于电容式传感器具有很小的极板间静电引力，从而需要极小的作用能量，加之可将其可动部分做的很小很薄，因此，其具有很高的固有频率，能够在几兆赫的频率下工作，特别适合动态测量。此外，由于其介质损耗小，能够用较高的频率供电，因此，系统具有很高的工作频率。电容传感器可以用于测量振动、瞬时压力等高速变化的参数。

5容式压力传感器的选型各种型号的压力传感器之所以都实行了系列化模块设计，主要是为了适应各种使用环境的特殊要求，因此，在选用的压力传感器的时候一定要确定选用的压力传感器的型号和标号。压力传感器适用于安装方便、工作环境恶劣以及难以适用一般机械仪表和对精度要求适中的场所。由于各种型号的压力传感器各具特色，因此，在选用的时候应当根据使用要求和适应性对型号加以分析确定。由于根据被测物质的温度、压力以及腐蚀性和使用空间的尺寸等可以确定压力传感器的标号，因此，压力传感器的具体标号时应当根据检测物质的特定和储罐的结构特点来确定。对于天线型压力传感器，为了消除罐壁对电磁波传播的干扰，应当根据储罐的结构尺寸来确定其是否具有足够大的内部空间。

为了保证其测量的精度，罐内传感器、加注液以及管路等干扰物应当远离天线。在带有搅拌器的液体储罐中使用是会对压力传感器的测量精度产生一定的影响。此外，液面不平度和泡沫干扰物等也会对测量精度产生影响。

6结束语以电容式传感器作为敏感元件的油压传感器具有线性度好，灵敏度高的优点，可以精确测量油库油压，保证油库安全，减少事故发生。

参考文献院[1]陈霞,吴春旺.电容传感器在使用中存在的几个问题及处理方法[J].2005.[2]张白莉.电容式传感器的应用和发展[M].2005.[3]马西秦，许振中，赖申江.自动检测技术[M].2008:45-53.[4]张祖魁.电容式传感器在自动化生产设备上的应用[M].2006.作者简介院赵慧娴（1983-），女，山西临汾人，讲师，研究方向为电气自动化技术。