I sensori di livello capacitivo vengono utilizzati per misurare il livello di liquidi o solidi in un contenitore rilevando le variazioni di capacità. Il calcolo dell'uscita di tensione di questi sensori è essenziale per letture accurate e l'integrazione del sistema. Questa guida fornisce un processo chiaro e passo per determinare l'uscita di tensione in base ai parametri del sensore e alla configurazione del circuito.

Comprendere il sensore e il circuito

L'uscita di tensione di un sensore di livello capacitivo dipende dal cambiamento di capacità del sensore, in quanto il livello varia e il circuito utilizzato per misurare questo cambiamento. In genere, il sensore fa parte di un circuito RC (resistor-capacitor) o è collegato a un circuito oscillatore che converte le variazioni di capacità in segnali di tensione.

Calcolo del cambiamento di capacità

La capacità del sensore varia con il livello del materiale. La formula di base per la capacità è:

C = (ε0 * ε r * A) / d]

Dove:

  • ε0 = permesso di vuoto
  • ε r[] = relativa autorizzazione del materiale
  • A = area delle piastre del sensore
  • d = distanza tra le piastre

Come il livello cambia, il materiale dielettrico efficace tra le piastre cambia, alterando ε r e quindi capacità.

Convertire Capacità a Tensione

In un circuito RC tipico, la tensione attraverso il condensatore può essere calcolata utilizzando l'equazione di ricarica:

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

Dove:

  • V(t)[] = tensione al momento t
  • V supply[ = tensione di alimentazione
  • R = resistenza nel circuito
  • C[ = capacità calcolata in precedenza
  • t = tempo da quando la carica è iniziata

Misurando la tensione in un determinato momento o in uno stato costante, il livello del sensore può essere differito dall'uscita della tensione.

Esempio pratico

Supponiamo che la tensione di alimentazione sia 5V, la resistenza R è 10kΩ, e la capacità varia da 10pF a 20pF come il livello cambia. Utilizzando l'equazione di carica, la tensione a stato costante (t → ∞) è approssimativamente uguale a V supply. Per misurazioni dinamiche, la tensione in un momento specifico può essere calcolata per determinare il livello.