利用電容-數(shù)字轉(zhuǎn)換器檢測(cè)液位
摘要:輸液和輸血等程序要求監(jiān)控液體的確切數(shù)量,因此這些應(yīng)用需要采用精確、易于實(shí)施的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)液位的檢測(cè)。 本文描述24位電容-數(shù)字轉(zhuǎn)換器和液位檢測(cè)技術(shù),可通過(guò)測(cè)量電容對(duì)液位進(jìn)行高性能檢測(cè)。
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/274761.htm1 電容測(cè)量基礎(chǔ)知識(shí)
電容是物體存儲(chǔ)電荷的能力。 電容C定義如下:
其中,Q是電容上的電荷,V是電容上的電壓。
在圖1所示電容中,兩個(gè)面積為A的平行金屬板間距為d。電容C為:
其中:
● C是電容,單位為F
● A是兩塊板的重疊面積,A = a × b ;
● d是兩塊板之間的距離 ;
● εR是相對(duì)介電常數(shù) ;
● εO是自由空間的介電常數(shù)(εO≈ 8.854 × 10-12 F m-1) 。
2 電容數(shù)字轉(zhuǎn)換器(CDC)
單通道AD7745和雙通道AD7746均為高分辨率Σ-Δ型電容-數(shù)字轉(zhuǎn)換器,可測(cè)量直接連接輸入端的電容。 這些器件具有高分辨率(21位有效分辨率和24位無(wú)失碼)、高線性度(±0.01%)和高精度(出廠校準(zhǔn)至±4 fF),非常適合檢測(cè)液位、位置、壓力和其他物理參數(shù)。
這些器件具有完整的功能,電容輸入端集成多路復(fù)用器、激勵(lì)源、用于電容DAC,溫度傳感器、基準(zhǔn)電壓源、時(shí)鐘發(fā)生器、控制和校準(zhǔn)邏輯、I2C兼容型串行接口以及高精度轉(zhuǎn)換器內(nèi)核,該內(nèi)核集成二階Σ-Δ型電荷平衡調(diào)制器和三階數(shù)字濾波器。 轉(zhuǎn)換器用作電容輸入的CDC和電壓輸入的ADC。
所測(cè)電容Cx連接在激勵(lì)源和Σ-Δ型調(diào)制器輸入端之間。 轉(zhuǎn)換期間在Cx上施加方波激勵(lì)信號(hào)。 調(diào)制器會(huì)不間斷地對(duì)流過(guò)Cx的電荷進(jìn)行采樣,并將其轉(zhuǎn)換為0和1的流。調(diào)制器輸出1的密度經(jīng)數(shù)字濾波器處理,確定電容值。 濾波器輸出通過(guò)校準(zhǔn)系數(shù)縮放調(diào)節(jié)。 然后,外部主機(jī)便可通過(guò)串行接口讀取最終值。
圖2中的四個(gè)配置顯示了單端、差分、接地和浮動(dòng)式傳感器應(yīng)用中CDC如何檢測(cè)電容。
3 電容式液位檢測(cè)技術(shù)
一種簡(jiǎn)單的液位監(jiān)控技術(shù)是將平行板電容器浸入液體中,如圖3所示。隨著液位變化,板之間的電介質(zhì)材料數(shù)量發(fā)生改變,導(dǎo)致電容也隨之改變。 同時(shí)第二對(duì)電容傳感器(圖中為C2)用作基準(zhǔn)。
由于εR(水) >> εR(空氣),傳感器電容可由浸沒(méi)部分的電容近似表示。 因此,液位為C1/C2:
其中:
● Level是浸入液體的長(zhǎng)度;
● Ref是基準(zhǔn)傳感器的長(zhǎng)度。
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