Kapacitiva nivåsensorer används för att mäta nivån av vätskor eller fasta ämnen i en behållare genom att upptäcka förändringar i kapacitans. Beräkna spänningsutgången hos dessa sensorer är avgörande för noggrann avläsningar och systemintegration. Denna guide ger en tydlig, steg-för-steg-process för att bestämma spänningsutgången baserat på sensorparametrar och kretskonfiguration.
Förstå sensorn och kretsen
Spänningsutgången för en kapacitiv nivå sensor beror på sensorns kapacitansförändring eftersom nivån varierar och kretsen som används för att mäta denna förändring. Vanligtvis bildar sensorn en del av en RC (resistor-kapacitor) krets eller är ansluten till en oscillatorkrets som omvandlar kapacitansvariationer till spänningssignaler.
Beräkning av kapacitansförändring
Sensorns kapacitans varierar med materialets nivå. Grundformeln för kapacitans är:
]C= (≤0*********** A)/d[]]
Var:
- ] ≤0 = vakuumtillstånd
- ] א****************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************
- ][]] = området för sensorplattorna
- ]][]]= avstånd mellan plattor
När nivån förändras, förändras det effektiva dielektriska materialet mellan plattorna, ändrar ε r och därmed kapacitans.
Konvertera kapacitans till spänning
I en typisk RC-krets kan spänningen över kondensatorn beräknas med laddningsekvationen:
]V(t) = V supply * (1 - e^(-t/(R * C))))]]
Var:
- ]V(t)[] = spänning vid tiden t
- ]]V supply = försörjningsspänning
- ][]] = motstånd i kretsen
- ]][]] = kapacitans beräknad tidigare
- ]]] = tid sedan laddningen började
Genom att mäta spänningen vid en viss tid eller stadigt tillstånd kan sensorns nivå härledas från spänningsutgången.
Praktisk Exempel
Anta att försörjningsspänningen är 5V, är motstånd R 10kΩ, och kapacitansen varierar från 10pF till 20pF som nivån ändras. Med hjälp av laddningsekvationen är spänningen vid stadig stat (t → ∞) ungefär lika med V supply. För dynamiska mätningar kan spänningen vid en viss tidpunkt beräknas för att bestämma nivån.