Facteurs influant sur la capacité et mesures de celle-ci
Facteurs d'influence
Étant donné que la constante diélectrique varie en fonction de la température, capteurs capacitifs sont très sensibles aux variations environnementales telles que la température et l'humidité ; les fluctuations de température pendant le fonctionnement du capteur ont l'impact le plus significatif sur ses performances.
De plus, de nombreux facteurs externes peuvent influencer les éléments de détection de niveau capacitifs en raison d'effets de bord.
Le corps humain lui-même génère une importante capacité parasite, susceptible de perturber la mesure. Les capteurs de niveau capacitifs présentent des comportements non linéaires dus aux effets de bord.
KSLV605 : comment l'améliorer (solution)
Pour éviter ces facteurs d'influence, nous avons conçu KSLV605 capteur de niveau capacitif.
Comment éviter les effets liés à la température
Dans les applications de détection du niveau de liquide, la compensation de température est plus complexe, car on ne peut pas partir du principe que le capteur n'est pas recouvert de liquide ; il peut en effet être recouvert à n'importe quel niveau et pendant une durée indéterminée.
Nous devons donc compenser les variations de température à l'aide d'algorithmes et de capteurs conçus de manière optimisée.
Cette approche permet de minimiser l'impact de la dérive thermique, qui affecte plusieurs paramètres d'un système de détection de niveau de liquide. Le premier d'entre eux est la capacité à mesurer.
La dérive a des répercussions sur d'autres paramètres du système, tels que le condensateur d'intégration et le courant consommé par le circuit de détection capacitive.
En raison de ces variations, la valeur brute augmente ou diminue également sous l'effet de la température (fig. 2.1). Le circuit de détection capacitif convertit la capacité mesurée en une valeur numérique, appelée « valeur brute ».
L'axe X représente la température, l'axe Y le nombre brut
Il existe deux solutions possibles pour résoudre ce problème :
1 : Problème résolu compensation de température condensateur
Un condensateur de compensation de température est un capteur dont les caractéristiques sont similaires à celles des autres capteurs utilisés pour détecter le niveau de liquide.
Cependant, il n'est pas en contact direct avec le liquide. En d'autres termes, ce capteur ne doit pas être influencé par le niveau du liquide. La valeur brute mesurée par ce condensateur sert de référence pour les capteurs proprement dits.
Étant donné que le capteur de compensation de température et le capteur proprement dit présentent les mêmes caractéristiques, l'effet de la température sur ces deux capteurs sera identique.
De cette manière, l'influence de la température sur les capteurs de détection de niveau de liquide peut être neutralisée en utilisant le capteur à compensation thermique comme référence.
Il convient de noter que la compensation de température du capteur de détection de niveau de liquide, à l'aide du capteur de compensation de température, doit être effectuée aussi bien lorsque le réservoir est vide que lorsqu'il contient du liquide.
Si la permittivité et la température sont inconnues, il est possible d'utiliser un capteur de référence pour remplacer la capacité de référence.
La figure 2.2 présente un exemple de cuve équipée de deux plaques de détection et d'un capteur de référence situé au fond. Cette configuration permet de garantir que le capteur de référence mesure bien le liquide, même lorsque le niveau de remplissage est faible. Elle fournit des mesures métriques de rapport. Cela signifie que le rapport entre le capteur de niveau et le capteur de référence restera toujours le même, quelles que soient les propriétés du matériau ou la température.
Dans cette configuration, les deux paramètres auront une incidence sur les deux capteurs et s'équilibreront donc entre eux.
2 : Algorithme logiciel sur la ligne de base
Les algorithmes logiciels permettant de détecter le contact d'un doigt à l'aide d'un capteur capacitif intègrent une référence qui correspond à une version filtrée du nombre brut de signaux. Cette référence permet de suivre les variations environnementales lentes du nombre brut de signaux ; on l'appelle généralement « ligne de base ».
La ligne de base sert à détecter la présence d'un doigt dans le cadre de la détection tactile. Dans le cas de la détection du niveau de liquide, la ligne de base peut être utilisée pour suivre les variations du nombre brut. La dérive thermique est souvent lente ; par conséquent, son effet sur le nombre brut est également lent.
Dans de tels cas, en choisissant des valeurs appropriées pour les paramètres de mise à jour de la ligne de base, celle-ci peut être utilisée pour compenser les variations de température dans le nombre brut de comptages.
Si l'influence de la température sur le nombre de signaux bruts est très rapide, il convient alors d'utiliser un condensateur de compensation de température à la place.
La condensation est un effet secondaire lié à la température. Un liquide dont la température est nettement inférieure à celle de l'air ambiant peut entraîner la formation de condensation à la surface du capteur. La condensation peut entraîner une augmentation de la capacité, ce qui, à son tour, provoque une augmentation de l'erreur.
La condensation lors des essais à basse température peut être réduite en isolant la surface du capteur.
Une autre approche consiste à prévoir un petit espace d'air isolant entre le réservoir de liquide et le substrat du capteur. Pour obtenir les meilleures performances, cet espace d'air ne doit pas dépasser 3 mm.
Comment éviter les effets de bord
Le corps humain lui-même peut introduire de nombreuses capacités parasites et, par conséquent, fausser les mesures.
La forte teneur en eau du corps humain entraîne une différence de potentiel entre les plaques du capteur et influence donc la mesure.
Cette capacité parasite supplémentaire sera mesurée et entraînera une distorsion de la relation entre le niveau de remplissage et la tension, comme le montre la simulation de la figure 2.4.
Une façon de réduire les interférences parasites externes consiste à installer un blindage autour du capteur de niveau, comme le montre la figure 13.
Un autre boîtier conducteur, qui n'est pas relié à la masse du capteur, sert de blindage contre les capacités parasites provenant de l'extérieur.
Il est important de maintenir la masse du capteur et celle du récipient isolées l'une de l'autre afin que le système de mesure soit isolé de la masse de l'environnement.
