Kapasitanssin muutoksia mittaamalla käytetään kontissa olevien nesteiden tai kiinteiden aineiden määrää mittaavia kontissa olevia kontissa olevia kontteihin liittyviä kontaktien tason anturien jännitetehon laskenta on välttämätöntä tarkkojen lukemien ja järjestelmän integraation kannalta. Tämä opas tarjoaa selkeän, vaiheittaisen prosessin jännitteen määrittämiseksi sensoriparametrien ja virtapiirin konfiguroinnin perusteella.

Anturin ja virtapiirin ymmärtäminen

Kapasitiivisen tason anturin jännitelähtö riippuu sensorin kapasitanssin muutoksesta, kun taso vaihtelee ja tämän muutoksen mittaamiseen käytetty piiri. Anturi muodostaa yleensä osan RC-piiristä (resistori-kondensaattori) tai on liitetty oskillaattoripiiriin, joka muuntaa kapasitanssin vaihtelut jännitesignaaleiksi.

Kapasitanssin muutoksen laskeminen

Sensorin kapasitanssi vaihtelee materiaalin tason mukaan. Kapasitanssin peruskaava on:

C = (ε0 * ε r * A) / d

jossa

  • ε0 = tyhjiön sallivuus
  • ε r = materiaalin suhteellinen lupa
  • A = anturilevyjen pinta-ala
  • d[ = levyjen välinen etäisyys

Tason muuttuessa levyjen välinen tehokas dielektrinen materiaali muuttuu, muuttaa ε r:ää ja siten kapasitanssia.

Kapasitanssin muuntaminen jänniteeksi

Tyypillisessä RC-piirissä kondensaattorin koko jännite voidaan laskea latausyhtälöllä:

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

jossa

  • V(t) = jännite hetkellä t
  • ]V supply = syöttöjännite
  • R = vastus piirissä
  • C = kapasitanssi laskettu aikaisemmin
  • t[] = aika maksun alkamisesta

Mitatmalla jännite tietyssä ajassa tai vakaassa tilassa anturin taso voidaan päätellä jännitelähdöstä.

Käytännön esimerkki

Oletetaan, että syöttöjännite on 5V, vastus R on 10kΩ ja kapasitanssi vaihtelee 10pF:stä 20pF:ään, kun taso muuttuu. Latausyhtälön avulla jännite vakaassa tilassa (t → ∞) on suunnilleen V syöttö. Dynaamisissa mittauksissa jännite tiettynä ajankohtana voidaan laskea tason määrittämiseksi.