用充电时间指示电容值

发布时间:2011年10月25日 11:10    发布者:李宽
关键词: 电容值 , 水位
作者:罗马尼亚Cluj-Napoca技术大学Vlad Bande与Ioan Ciascai

最近有个研究项目要用一只电容传感器测量水位,用了两块PCB(印刷电路板)板,一块置于另一块的前方,两者间相距一段受控的距离。每块板再划分为八个相等的铜箔区,从而得到了八个等值的平行板电容(图1)。每个电容的板面积为25cm2。为了测量总水位高度,项目使用一个特殊的隔水层,以避免短路。知道了层的厚度以及隔水物质的电容率,就可以表示出两块板之间的距离,以及介电质的电容率。

1.jpg

只有当电容率改变时,每两块覆盖铜箔区的电容才会变化,这是因为所有其它参数都是常量,如板的面积以及板间距离,如下式所示:CX=(ε0εRA)/D,其中,ε0=(8.854×1012)F/m,εR是电介质的相对电容率,D是总电介质厚度,CX是所测电容值,A是每块板的表面积。相对电容率严格地依赖于两块电容板之间材料的类型以及数量,本应用采用了四种εR:空气、空气-隔水涂料、水-隔水涂料,以及空气-水-隔水涂料。此时,必须考虑空气与水之间表面分隔线的电容量。

为测量电容从而测得水位,测量系统使用了一只20MHz的ATTiny2313微控制器,以及一只快速的LT1016模拟比较器(图2)。测量算法使用了微控制器的OC1A和OC1B输出比较器信号。ATTiny2313同时将两个管脚设为相反的值。当OC1A为5V时,可以使用汇编语言码同时设定OC1B。当OC1B为5V时情况相同;于是OC1A为0V。对第一种情况,第一块板上的电荷量上升,而另一块上的电荷量下降。反转极性会使第二块板获得送彩金500的网站大白菜电荷,其电势上升。当两块板有相同电势时,LT1016比较器使能微控制器的ICP脚,保存内部定时计数器中的数字,并通过串行端口发送出去,供进一步处理。当两块板上的电压相等时,电容上的电压是输入信号幅度的一半,VCC/2。

2.jpg

OC1A和OC1B的脉冲宽度都必须大于最大电容充电时间,它可以在测量水的介电电容时,用下式得到:PW≥10×Re×CMAX。图3给出了波形。

3.jpg

瞬变区的充电方程为:

4.jpg

然后可以用下式获得电容值:

5.jpg

或:CX=0.036067376×N1pF

可以获得图1中电容传感器左右两端的电平,从而得到两个方程,但结果相同。算法包括先测量所有电容(全浸入、部分浸入,以及未浸入),然后用未知H变量表示面分隔线处C7和C3的电容板表面积。然后从与两只电容有关的下式,获得未知水位值:

6.jpg

从电容测量过程的角度,所电子游艺免费申请彩金的系统采用了一种悬浮测量方法,它包含了两套类似的平行电容板。这种方法能在测量期间将对系统地的寄生电容减少一半。
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bijinyi 发表于 2011-11-1 16:03:51
很实用。谢谢
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