Les capteurs de niveau capacitifs sont utilisés pour mesurer le niveau de liquides ou de solides dans un conteneur en détectant les changements de capacité. Le calcul de la sortie de tension de ces capteurs est essentiel pour des lectures précises et l'intégration du système. Ce guide fournit un processus clair et étape par étape pour déterminer la sortie de tension en fonction des paramètres du capteur et de la configuration du circuit.

Comprendre le capteur et le circuit

La sortie de tension d'un capteur de niveau capacitif dépend du changement de capacité du capteur, car le niveau varie et le circuit utilisé pour mesurer ce changement. Généralement, le capteur fait partie d'un circuit RC (condensateur-résistor) ou est connecté à un circuit oscillateur qui convertit les variations de capacité en signaux de tension.

Calcul du changement de capacité

La capacité du capteur varie selon le niveau du matériau. La formule de base pour la capacité est :

C = (ε0 * ε r * A) / d

où:

  • ε0 = capacité de vide
  • ε r = la capacité relative du matériau
  • A = surface des plaques de capteur
  • d = distance entre les plaques

Au fur et à mesure que le niveau change, le matériau diélectrique efficace entre les plaques change, modifiant ε r et donc la capacité.

Conversion de la capacité en tension

Dans un circuit RC typique, la tension à travers le condensateur peut être calculée à l'aide de l'équation de charge:

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

où:

  • V(t) = tension au temps t
  • V approvisionnement = tension d'alimentation
  • R = résistance dans le circuit
  • C = capacité calculée plus tôt
  • t = temps écoulé depuis le début de la charge

En mesurant la tension à un moment précis ou à un état stable, le niveau du capteur peut être déduit de la sortie de tension.

Exemple pratique

Supposons que la tension d'alimentation soit de 5V, la résistance R est de 10k. La capacité varie de 10pF à 20pF au fur et à mesure que le niveau change. En utilisant l'équation de charge, la tension à l'état stationnaire (t → -) est approximativement égale à V approvisionnement.