Οι αισθητήρες στάθμης χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση του επιπέδου των υγρών ή στερεών σε ένα δοχείο με την ανίχνευση αλλαγών στην ικανότητα. Ο υπολογισμός της εξόδου τάσης αυτών των αισθητήρων είναι απαραίτητος για ακριβείς μετρήσεις και την ολοκλήρωση του συστήματος. Αυτός ο οδηγός παρέχει μια σαφή, βήμα προς βήμα διαδικασία για τον προσδιορισμό της εξόδου τάσης με βάση τις παραμέτρους αισθητήρων και τη διαμόρφωση κυκλώματος.

Κατανόηση του αισθητήρα και του κυκλώματος

Η έξοδος τάσης ενός αισθητήρα στάθμης χωρητικότητας εξαρτάται από την αλλαγή χωρητικότητας του αισθητήρα καθώς το επίπεδο ποικίλλει και το κύκλωμα που χρησιμοποιείται για τη μέτρηση αυτής της αλλαγής. Τυπικά, ο αισθητήρας αποτελεί μέρος ενός κυκλώματος RC (resistor-capacitor) ή συνδέεται με ένα κύκλωμα ταλαντωτή που μετατρέπει τις διακυμάνσεις χωρητικότητας σε σήματα τάσης.

Υπολογισμός της Αλλαγής Ικανότητας

Η χωρητικότητα του αισθητήρα ποικίλλει ανάλογα με το επίπεδο του υλικού.

C = (ε0 * ε r * A) / δ

όπου:

  • ε0 = επιτρεπόμενη κενό
  • ε r = σχετική επιτρεπόμενη ικανότητα του υλικού
  • A = επιφάνεια των πλακών αισθητήρων
  • d = απόσταση μεταξύ των πλακών

Καθώς το επίπεδο αλλάζει, το αποτελεσματικό διηλεκτρικό υλικό μεταξύ των πλακών αλλάζει, αλλάζοντας την ε r και έτσι την χωρητικότητα.

Μετατροπή της χωρητικότητας σε τάση

Σε ένα τυπικό κύκλωμα RC, η τάση σε όλο τον πυκνωτή μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας την εξίσωση φόρτισης:

V(t) = V professment * (1 - e^(t / (R * C)]

όπου:

  • V(t) = τάση κατά το χρόνο t
  • V professment = τάση τροφοδοσίας
  • R = αντίσταση στο κύκλωμα
  • C = Ικανότητα που υπολογίστηκε νωρίτερα
  • t = χρόνος από την έναρξη της φόρτισης

Μετρώντας την τάση σε συγκεκριμένο χρόνο ή σταθερή κατάσταση, το επίπεδο του αισθητήρα μπορεί να συναχθεί από την έξοδο τάσης.

Πρακτικό Παράδειγμα

Ας υποθέσουμε ότι η τάση τροφοδοσίας είναι 5V, η αντίσταση R είναι 10kΩ, και η χωρητικότητα ποικίλλει από 10pF έως 20pF ως αλλαγές επιπέδου. Χρησιμοποιώντας την εξίσωση φόρτισης, η τάση σε σταθερή κατάσταση (t → ⁇ ) είναι περίπου ίση με V profession. Για δυναμικές μετρήσεις, η τάση σε συγκεκριμένο χρόνο μπορεί να υπολογιστεί για τον προσδιορισμό του επιπέδου.