利用電容-數字轉換器檢測液位

4 電容式液位檢測系統硬件

　　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顯示了系統功能框圖。 傳感器和基準電容信號轉換為數字信號，數據通過(guò)I²C端口傳輸至主機PC或微控制器。

　　要實(shí)現精確測量，PCB設計很關(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。 該應用使用了轉換器全部的兩個(gè)輸入通道。 傳感器板如圖6所示。

　　傳感器板設計為在一塊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內無(wú)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(cháng)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(cháng)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，測得的電容值與浸入液體的長(cháng)度成比例，而共面傳感器每一單位軌道長(cháng)度的電容近似值不變。 使用LabVIEW?軟件執行系統校準有助于實(shí)現更高的精度。

5 LabVIEW軟件

　　PC上運行的LabVIEW程序通過(guò)I2C串行接口獲取CDC數據。 圖7是PC監視器上顯示的圖形用戶(hù)界面(GUI)。 啟動(dòng)液面演示系統后，會(huì )實(shí)時(shí)顯示液面數據、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(shí)現更精確的測量。 在浸入液體時(shí)進(jìn)行干(基本)校準用來(lái)確定C_1DRY和C_2DRY。 濕(高級)校準則用來(lái)確定一階方程中增益和失調兩個(gè)未知量，通過(guò)在液位0英寸和4英寸先后進(jìn)行校準測量可以得到兩個(gè)方程聯(lián)立推導出增益和失調。 濕校準和測量過(guò)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。

參考文獻：

　　[1]AD7746評估套件

　　[2]AD7746評估板技術(shù)文檔

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

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

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