[发明专利]一种电容式液位传感器最佳匹配参数设计方法

权利要求书

1.一种电容式液位传感器最佳匹配参数设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：将信号源输出电压、阻抗为X_R的阻抗器件和阻抗为X_S的电容传感器构成串联电路，其中，信号源输出电压是幅度和频率分别为V_T和f的正弦波电信号，则电容传感器上的阻抗电压V_S表达式为：

步骤2：设外界应变导致电容传感器的阻抗变化区间为X_S∈[X_Smin,X_Smax]，则电容传感器上的阻抗电压V_S的变化量δ表示为：

其中，信号源输出电压V_T是常数，电容传感器的最大阻抗X_Smax和最小阻抗X_Smin为已知的常量，则电容电压动态变化量δ仅为关于X_R的函数；

步骤3：对公式(2)求X_R的一阶导数，如公式(3)所示：

步骤4：令步骤3得到的导数为零得到关于X_R的方程：

以X_R作为未知数，求解方程(4)可得：

公式(5)所得X_R即为获得传感器最大动态电压变化量δ_max的取值，

步骤5：定义电容传感器的阻抗其中C_S为传感器动态电容，i为虚数单位，将电容传感器的阻抗X_S的区间数值代入公式(5)，并取复数的模可得：

2.根据权利要求1所述的一种电容式液位传感器最佳匹配参数设计方法，其特征在于，所述电容传感器的感应电极由面积渐变的两个电极构成，其形状为三角形或梯形。

3.根据权利要求2所述的一种电容式液位传感器最佳匹配参数设计方法，其特征在于，所述电容传感器包括两个平行设置的三角形感应电极和组合浮子，其中，三角形感应电极为直角三角形感应电极，则三角形面积的变化量如式(7)所示：

式(7)中，a、h分别为直角三角形的直角边，且a＝htanθ；

将a＝htanθ和Δa＝Δhtanθ代入公式(7)，可得：

当组合浮子感应介质的相对介电常数为ε_r，高度h增加Δh时，根据公式(8)可得介质电容的变化量为：

式中，ε₀为真空的介电常数，ε_r为感应介质的相对介电常数，d为介质厚度即为组合浮子的厚度，ΔS为高度h增加Δh时的介质与电极板重叠面积变化量。

4.根据权利要求2所述的一种电容式液位传感器最佳匹配参数设计方法，其特征在于，所述组合浮子包括感应介质与漂浮介质，且两者粘结构成组合浮子。