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        利用電容-數(shù)字轉換器檢測液位
        時間:2022-02-10 10:22:01

        4 電容式液位檢測系統(tǒng)硬件

        24位AD7746具有兩條電容測量通道,非常適合液位檢測應用。 圖4顯示了系統(tǒng)功能框圖。 傳感器和基準電容信號轉換為數(shù)字信號,數(shù)據(jù)通過I2C端口傳輸至主機PC或微控制器。

        要實現(xiàn)精確測量,PCB設計很關鍵。 圖5顯示了傳感器板和CDC連接。 為了保證精度,AD7746安裝在4層PCB表面盡可能靠近傳感器的地方。 接地層暴露在PCB背面。 該應用使用了轉換器全部的兩個輸入通道。 傳感器板如圖6所示。

        傳感器板設計為在一塊PCB上的兩個共面金屬板,而非兩個平行板。 共面極板在4層PCB內無需直接接觸液體。 共面極板電容的電介質由PCB材料、空氣和液體組成,軌道每一單位長度的電容值約為:

        其中:

        d是兩個平行軌道中點之間的距離;

        l是軌道長度;

        w是每一條軌道的寬度(假定寬度相等);

        t是軌道的厚度;

        ● 有效εR由d與h的比值決定(h是PCB板的厚度) ;

        ● 若d/h >> 1,則εR(eff)≈ 1;

        ● 若d/h ≈ 1,則εR(eff)= (1 + εR)/2。

        就該等式而言,測得的電容值與浸入液體的長度成比例,而共面?zhèn)鞲衅髅恳粏挝卉壍篱L度的電容近似值不變。 使用LabVIEW?軟件執(zhí)行系統(tǒng)校準有助于實現(xiàn)更高的精度。

        5 LabVIEW軟件

        PC上運行的LabVIEW程序通過I2C串行接口獲取CDC數(shù)據(jù)。 圖7是PC監(jiān)視器上顯示的圖形用戶界面(GUI)。 啟動液面演示系統(tǒng)后,會實時顯示液面數(shù)據(jù)、環(huán)境溫度和電源電壓。

        液面推導公式為:

        LabVIEW程序包括基本校準和高級校準,可實現(xiàn)更精確的測量。 在浸入液體時進行干(基本)校準用來確定C1DRYC2DRY。 濕(高級)校準則用來確定一階方程中增益和失調兩個未知量,通過在液位0英寸和4英寸先后進行校準測量可以得到兩個方程聯(lián)立推導出增益和失調。 濕校準和測量過程中,基準電容必須完全浸入液體中。

        6 結論

        本文介紹了電容式液位檢測演示系統(tǒng)。

        參考文獻:

        [1]AD7746評估套件

        [2]AD7746評估板技術文檔

        [3]Ning Jia,醫(yī)療保健應用中的ADI電容數(shù)字轉換器技術[J]。 模擬對話, 2012(46).2

        [4]Jim Scarlett,電容數(shù)字轉換器為診斷系統(tǒng)中的電平檢測提供方便[J]。模擬對話,2014(48).2

        [5]Charles S. Walker,電容、電感和串擾分析[J]。Artech House,1990,ISBN

        關鍵詞: 電容 數(shù)字轉換器 201506

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