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4 电容式液位检测系统硬件

　　24位AD7746具有两条电容测量通道，非常适合液位检测应用。 图4显示了系统功能框图。 传感器和基准电容信号转换为数字信号，数据通过I²C端口传输至主机PC或微控制器。

　　要实现精确测量，PCB设计很关键。 图5显示了传感器板和CDC连接。 为了保证精度，AD7746安装在4层PCB表面尽可能靠近传感器的地方。 接地层暴露在PCB背面。 该应用使用了转换器全部的两个输入通道。 传感器板如图6所示。

　　传感器板设计为在一块PCB上的两个共面金属板，而非两个平行板。 共面极板在4层PCB内无需直接接触液体。 共面极板电容的电介质由PCB材料、空气和液体组成，轨道每一单位长度的电容值约为：

　　其中：

　　● d是两个平行轨道中点之间的距离;

　　● l是轨道长度;

　　● w是每一条轨道的宽度(假定宽度相等);

　　● t是轨道的厚度;

　　● 有效ε_R由d与h的比值决定(h是PCB板的厚度) ;

　　● 若d/h >> 1，则ε_R(eff)≈ 1;

　　● 若d/h ≈ 1，则ε_R(eff)= (1 + ε_R)/2。

　　就该等式而言，测得的电容值与浸入液体的长度成比例，而共面传感器每一单位轨道长度的电容近似值不变。 使用LabVIEW®软件执行系统校准有助于实现更高的精度。

5 LabVIEW软件

　　PC上运行的LabVIEW程序通过I2C串行接口获取CDC数据。 图7是PC监视器上显示的图形用户界面(GUI)。 启动液面演示系统后，会实时显示液面数据、环境温度和电源电压。

　　液面推导公式为：

　　LabVIEW程序包括基本校准和高级校准，可实现更精确的测量。 在浸入液体时进行干(基本)校准用来确定C_1DRY和C_2DRY。 湿(高级)校准则用来确定一阶方程中增益和失调两个未知量，通过在液位0英寸和4英寸先后进行校准测量可以得到两个方程联立推导出增益和失调。 湿校准和测量过程中，基准电容必须完全浸入液体中。

6 结论

　　本文介绍了电容式液位检测演示系统。

参考文献：

　　[1]AD7746评估套件

　　[2]AD7746评估板技术文档

　　[3]Ning Jia，医疗保健应用中的ADI电容数字转换器技术[J]。 模拟对话, 2012(46).2

　　[4]Jim Scarlett，电容数字转换器为诊断系统中的电平检测提供方便[J]。模拟对话，2014(48).2

　　[5]Charles S. Walker，电容、电感和串扰分析[J]。Artech House，1990，ISBN

关键词： 电容 数字转换器 201506