4 電容式液位檢測(cè)系統(tǒng)硬件

24位AD7746具有兩條電容測(cè)量通道，非常適合液位檢測(cè)應(yīng)用。 圖4顯示了系統(tǒng)功能框圖。 傳感器和基準(zhǔn)電容信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，數(shù)據(jù)通過I²C端口傳輸至主機(jī)PC或微控制器。

要實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量，PCB設(shè)計(jì)很關(guān)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(yīng)用使用了轉(zhuǎn)換器全部的兩個(gè)輸入通道。 傳感器板如圖6所示。

傳感器板設(shè)計(jì)為在一塊PCB上的兩個(gè)共面金屬板，而非兩個(gè)平行板。 共面極板在4層PCB內(nèi)無需直接接觸液體。 共面極板電容的電介質(zhì)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(gè)平行軌道中點(diǎn)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ε_R由d與h的比值決定(h是PCB板的厚度) ;

● 若d/h >> 1，則ε_R(eff)≈ 1;

● 若d/h ≈ 1，則ε_R(eff)= (1 + ε_R)/2。

就該等式而言，測(cè)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(zhǔn)有助于實(shí)現(xiàn)更高的精度。

5 LabVIEW軟件

PC上運(yùn)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(dòng)液面演示系統(tǒng)后，會(huì)實(shí)時(shí)顯示液面數(shù)據(jù)、環(huán)境溫度和電源電壓。

液面推導(dǎo)公式為：

LabVIEW程序包括基本校準(zhǔn)和高級(jí)校準(zhǔn)，可實(shí)現(xiàn)更精確的測(cè)量。 在浸入液體時(shí)進(jìn)行干(基本)校準(zhǔn)用來確定C_1DRY和C_2DRY。 濕(高級(jí))校準(zhǔn)則用來確定一階方程中增益和失調(diào)兩個(gè)未知量，通過在液位0英寸和4英寸先后進(jìn)行校準(zhǔn)測(cè)量可以得到兩個(gè)方程聯(lián)立推導(dǎo)出增益和失調(diào)。 濕校準(zhǔn)和測(cè)量過程中，基準(zhǔn)電容必須完全浸入液體中。

6 結(jié)論

本文介紹了電容式液位檢測(cè)演示系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]AD7746評(píng)估套件

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