Kapacitive nivåsensorer brukes til å måle nivået av væsker eller faste stoffer i en beholder ved å detektere endringer i kondensansen. Å beregne spenningsutgangen til disse sensorene er avgjørende for nøyaktige avlesninger og systemintegrasjon. Denne guiden gir en klar, trinnvis prosess for å bestemme spenningsutgangsen basert på sensorparametre og kretskonfigurasjon.

Forstå sensoren og kretsen

Spenningsutgangen til en kapasitiv nivåsensor avhenger av sensorens kondensanseendring etter hvert som nivået varierer og kretsen som brukes til å måle denne endringen. Vanligvis danner sensoren en del av en RC (resistor-kapasitor) krets eller er forbundet til en oscillatorkrets som omformer kondensansvariasjoner til spenningssignaler.

Beregne kapasitasjonsendring

Sensorens kondensans varierer med materialets nivå. Den grunnleggende formelen for kondens er:

C = (ε0 * ε r * A) / d]

Hvor:

  • ε0 = vakuumaukeaukeauktivitet
  • ε r = relativ autoritasjon av materialet
  • A = område på sensorplatene
  • d = avstand mellom plater

Etter hvert som nivået endres, endres det effektive dielektriske materialet mellom platene, endrer ε r og dermed kondensansen.

Konvertere kapasitans til spenning

I en typisk RC-krets kan spenningen over kondensatoren beregnes ved hjelp av ladeligningen:

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

Hvor:

  • V(t) = spenning ved tid t
  • V tilførsel = forsyningsspenning
  • R = motstand i kretsen
  • C = kondensasjon beregnet tidligere
  • t = tid siden lading begynte

Ved å måle spenningen på et bestemt tidspunkt eller steady state kan sensorens nivå bli befridd fra spenningsutgangen.

Praktisk eksempel

Antak at forsyningsspenningen er 5V, er motstand R 10k©, og kondensansen varierer fra 10pF til 20pF som nivåendringer. Ved hjelp av ladeligningen kan spenningen ved steady state (t → ⁇ ) være omtrent lik V -forsyning. For dynamiske målinger kan spenningen ved et bestemt tidspunkt beregnes for å bestemme nivået.