Датчики ємнісного рівня використовуються для вимірювання рівня рідин або твердих речовин в контейнері шляхом виявлення змін в ємності. Розрахунок напруги вихідного датчика є важливим для точного читання і системної інтеграції. Цей посібник забезпечує чіткий, покроковий процес визначення вихідної напруги на основі параметрів датчика і конфігурації ланцюга.

Розуміння датчика та схеми

Вихід напруги датчика ємнісного рівня залежить від зміни ємнісності датчика, як рівень змінюється і схема, яка використовується для вимірювання цієї зміни. Зазвичай датчик утворює частину схеми RC (resistor-capacitor) або підключений до коливаньової схеми, яка перетворює варіації ємності в напруги сигнали.

Розрахунок зміни ємності

Капіталізація датчика змінюється з рівнем матеріалу. Базова формула для ємності полягає в:

C = (ε0 * ε r * A) / d

Де:

  • ε0 = вакуум-відповідність
  • ε r = відносна проникність матеріалу
  • A = область пластин датчика
  • d = відстань між пластинами

Як змін рівня, ефективний діелектричний матеріал між змінами пластин, змінюючи ε r і таким чином ємністю.

Перетворення ємності для напруги

У типовому контурі RC напруга через конденсатор можна розрахувати за допомогою рівняння зарядки:

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

Де:

  • V(t)] = напруга в час т
  • V supply = напруга живлення
  • R = опір в контурі
  • C] = ємнісність, що обчислюється раніше
  • t] = час, починаючи з зарядки

Заміряючи напругу в певному часі або стаціонарному стані рівень датчика можна відмонтувати від напруги.

Практичний приклад

Насадка напруги живлення 5 В, опір Р 10кОм, а ємність варіюється від 10пФ до 20пФ як зміни рівня. Використання рівняння зарядки, напруга при стаціонарному стані (t → ∞) приблизно дорівнює В постачанню. Для динамічних вимірювань напруга в конкретному часі може бути розрахована на визначення рівня.