标签: 电容式液位

  作者： David Wang11 人们用过各种方法来确定容器中的液位高度，但最近，电容式感测法因 测量的高准确度 和分辨率 变得流行 起来 。如果您曾用电容式液位感测法进行过设计，那么当您把自己的手向您的系统移近时，您可能 看到错误的测量读数 。这是由于传统电容技术在稳健性方面存在局限而造成的，特别是有人手等任何外部寄生电容干扰时上述情况更容易 发生 。 例如， 不妨想想 用液位感测法来确定每杯咖啡所需水量的咖啡机。要 烹制一杯完美的咖啡 ，您需要适量的水。如果一个人在咖啡机运行时与其进行交互，那么人体的寄生电容干扰就会中断咖啡的混合。 在本文中，笔者将谈论传统的液位感测方法以及由 TI 提出的一种新方法 —— 被称为 异相 （ OoP ）技术，使用 FDC1004 电容数字转换器。这种新方法可提供必要的屏障，以尽量减少干扰，同时最大限度地 提高系统信噪比 和 整体 稳健性 。 图 1 展示了典型的液位感测应用设置。     图 1 ：液位感测设置 传统方法 传统方法采用平行手指拓扑结构：一个电极由 激励信号 驱动， 另一个电极 连接至接地 （ GND ），如图 2 中左边所示。以 GND 为参考的电极存在的问题是，水具有 电压 电势差 。当手接近装有液体的容器时，一种附加的寄生电容被引入到模型，自体电容会直接与水的电势差耦合在一起。 这可 以 导致误测偏差和系统不准确。     图 2 ：传统方法与 OoP 方法 OoP 技术 OoP 技术 依赖对称的传感器布局，还以独特的方式利用 FDC1004 电容数字转换器上的屏蔽驱动器来抵消人体电容的影响，并使 测量值稳定 。有了 OoP 技术，通过采用 差分电容测量 法 ，液体电势可在激励 / 驱动阶段保持恒定，从而能从测量值中消除人体电容的影响。 OoP 技术不使用 GND 电极，而是让 CINx 电极与 SHLDy 电极配对。 CINx 和 SHLDy 具有相同的波形，但 二者 180 度异相 ；通过将 FDC1004 置于差分模式配置 中，这是可能实现的。 笔者收集了用 电容式液位感测 TI 设计参考设计 测得的手干扰电容测量值，并将该参考设计与使用相同尺寸电极的传统方法进行了比较。图 3 展示了测试设置，参考设计在容器上，并连接至 FDC1004 评估模块 （ EVM ）。表 1 展示了水位高度为 5cm 、人手离容器前部的距离固定时的电容测量值。当手直接接触容器（手的距离为 0cm ）的时候，如果采用传统方法，基于基线读数（手未在系统中出现时的读数）的电容变化会是采用 OoP 技术时的 20 倍。如果采用 OoP 技术，计算的液位绝对误差会从大约 9 ％（采用传统方法时）降至大约 0.4 ％。在系统的全范围（ 0 至 8cm 的液位高度）内， OoP 技术的 总体绝对误差 大约为 0.5 ％。   图 3 ：使用电容式液位感测 TI 设计参考设计的测试设置 表 1 ： OoP 与传统液位技术对比 任何 电容式液位感测系统 的稳健性均至关重要，以确保可靠性和准确性。与传统方法相比， OoP 技术可减轻任何外部寄生电容的影响。尽可能对称的传感器布局将最大限度地提升该 技术的性能 。 其它资源 l   进一步了解 电容式感测 。 l   查阅 《电容式感测：异相液位技术》应用手册 。 l   开始使用 TI 的 “ 电容式液位感测 ”TI 设计 参考设计。 l   立即用 FDC1004 EVM 启动您的设计。 l   阅读更多有关电容式感测设计的 博客文章 。 在 德州仪器在线技术支持论坛 社区 电容式感测论坛 搜索答案并获得帮助完成您的设计。