De sensoren van het capacitieve niveau worden gebruikt om het niveau van vloeistoffen of vaste stoffen in een container te meten door veranderingen in capaciteit te detecteren. Het berekenen van de spanningsuitgang van deze sensoren is essentieel voor nauwkeurige metingen en systeemintegratie. Deze gids biedt een duidelijk, stap-voor-stap proces om de spanningsuitgang te bepalen op basis van sensorparameters en circuitconfiguratie.

Begrijpen van de sensor en Circuit

De spanningsuitgang van een capacitieve niveausensor hangt af van de capaciteitsverandering van de sensor, omdat het niveau varieert en het circuit dat gebruikt wordt om deze verandering te meten. De sensor maakt normaal gesproken deel uit van een RC (resistor-capacitor) circuit of is aangesloten op een oscillatorcircuit dat capaciteitsvariaties omzet in spanningssignalen.

Berekenen van capaciteitsverandering

De capaciteit van de sensor varieert met het materiaalniveau. De basisformule voor capaciteit is:

C = (ε0 * ε r * A) / d

waarbij:

  • ε0 = vacuümtoelaatbaarheid
  • ε r = relatieve vergunningsduur van het materiaal
  • A = oppervlakte van de sensorplaten
  • d = afstand tussen platen

Naarmate het niveau verandert, verandert het effectieve diëlektrische materiaal tussen de platen, waardoor de ε r en dus de capaciteit verandert.

Omzetten van capaciteit naar spanning

In een typische RC-circuit kan de spanning over de condensator worden berekend met behulp van de oplaadvergelijking:

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

waarbij:

  • V(t) = spanning op tijd t
  • V levering = voedingsspanning
  • R = weerstand in het circuit
  • C = capaciteit die eerder werd berekend
  • t = tijd sinds het laden begon

Door de spanning te meten in een bepaalde tijd of steady state, kan het niveau van de sensor worden afgeleid uit de spanningsuitgang.

Praktisch voorbeeld

Stel dat de voedingsspanning 5V is, weerstand R is 10kΩ, en de capaciteit varieert van 10pF tot 20pF als het niveau verandert. Met behulp van de oplaadvergelijking, is de spanning bij steady state (t → ∞) ongeveer gelijk aan V supply. Voor dynamische metingen, kan de spanning op een bepaald moment worden berekend om het niveau te bepalen.