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(yīng)用。 圖4顯示了系統(tǒng)功能框圖。 傳感器和基準(zhǔn)電容信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號,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上的兩個共面金屬板,而非兩個平行板。 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(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)。 啟動液面演示系統(tǒng)后,會實(shí)時顯示液面數(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)和高級校準(zhǔn),可實(shí)現(xiàn)更精確的測量。 在浸入液體時進(jìn)行干(基本)校準(zhǔn)用來確定C1DRY和C2DRY。 濕(高級)校準(zhǔn)則用來確定一階方程中增益和失調(diào)兩個未知量,通過在液位0英寸和4英寸先后進(jìn)行校準(zhǔn)測量可以得到兩個方程聯(lián)立推導(dǎo)出增益和失調(diào)。 濕校準(zhǔn)和測量過程中,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演示系統(tǒng)。
參考文獻(xiàn):
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