Factoren die de capaciteit beïnvloeden en meetmethoden daarvoor
Invloedsfactoren
Omdat de diëlektrische constante met de temperatuur verandert, capacitieve sensoren zijn zeer gevoelig voor veranderingen in de omgeving, zoals temperatuur en luchtvochtigheid; temperatuurschommelingen tijdens het meten hebben de grootste invloed op de prestaties.
Bovendien kunnen talrijke externe factoren van invloed zijn op capacitieve niveausensorelementen als gevolg van randeffecten.
Het menselijk lichaam zelf veroorzaakt een aanzienlijke parasitaire capaciteit, die de meting kan verstoren. Capacitieve niveausensoren vertonen niet-lineair gedrag als gevolg van randeffecten.
KSLV605: hoe te verbeteren (oplossing)
Om die invloedsfactoren te vermijden, hebben we het volgende ontworpen: KSLV605 capacitieve niveausensor.
Hoe temperatuurschommelingen te voorkomen
Bij toepassingen voor vloeistofniveaudetectie is temperatuurcompensatie lastiger, omdat we er niet vanuit kunnen gaan dat de vloeistofsensor niet met vloeistof bedekt is; deze kan tot op elk niveau en voor een willekeurige tijdsduur bedekt zijn.
We moeten daarom temperatuurschommelingen compenseren door middel van algoritmen en geoptimaliseerde sensorontwerpen.
Deze aanpak minimaliseert de invloed van temperatuurafwijkingen, die van invloed zijn op een aantal parameters in een vloeistofniveaumetsysteem. Allereerst is er de te meten capaciteit.
Drift heeft invloed op andere systeemparameters, zoals de integratiecondensator en de stroom die door de capacitieve meetmodule wordt verbruikt.
Als gevolg van deze variaties neemt de ruwe telwaarde ook toe of af onder invloed van de temperatuur (fig. 2.1). Capacitieve meetcircuits zetten de gemeten capaciteit om in een digitale telwaarde, die de ruwe telwaarde wordt genoemd.
De X-as geeft de temperatuur weer, de Y-as het ruwe aantal
Er zijn twee manieren om dit probleem op te lossen:
1: Opgelost temperatuurcompensatie condensator
Een temperatuurcompensatiecondensator is een sensor met vergelijkbare eigenschappen als de andere sensoren die worden gebruikt voor het meten van het vloeistofpeil.
Hij komt echter niet in direct contact met de vloeistof. Met andere woorden: deze sensor mag niet worden beïnvloed door het vloeistofpeil. De ruwe meetwaarde van deze condensator wordt gebruikt als referentie voor de eigenlijke sensoren.
Aangezien de temperatuursensoren dezelfde kenmerken hebben, zal de invloed van de temperatuur op beide sensoren gelijk zijn.
Op deze manier kan de invloed van de temperatuur op de sensoren voor het detecteren van het vloeistofpeil teniet worden gedaan door de temperatuurgecompenseerde sensor als referentie te gebruiken.
Het is belangrijk om op te merken dat de temperatuurcompensatie van de vloeistofniveausensor, met behulp van de temperatuurcompensatiesensor, zowel moet worden uitgevoerd wanneer de tank leeg is als wanneer er vloeistof in de tank zit.
Als de permittiviteit en de temperatuur onbekend zijn, kan een referentiesensor worden gebruikt ter vervanging van de referentiecapaciteit.
Figuur 2.2 toont een voorbeeld van een tank met twee sensorplaten en een referentiesensor op de bodem. Dit is bedoeld om ervoor te zorgen dat de referentiesensor de vloeistof ook bij een laag vulniveau meet. Deze opstelling levert verhoudingsmetingen op. Dit betekent dat de verhouding tussen de niveausensor en de referentiesensor altijd gelijk blijft, ongeacht de materiaaleigenschappen of de temperatuur.
In deze configuratie hebben beide parameters invloed op beide sensoren, waardoor er een evenwicht tussen beide ontstaat.
2: Software-algoritme op basislijn
Software-algoritmen voor het detecteren van een vingerbeweging met behulp van capacitieve sensoren maken gebruik van een referentiewaarde die een gefilterde versie is van de ruwe telwaarde. Deze referentiewaarde houdt rekening met langzame omgevingsveranderingen in de ruwe telwaarde en wordt doorgaans een basislijn genoemd.
De basislijn wordt gebruikt om bij aanraakdetectie te detecteren of er een vinger aanwezig is. Bij het meten van vloeistofniveaus kan de basislijn worden gebruikt om veranderingen in de ruwe telwaarde bij te houden. Temperatuurdrift verloopt vaak langzaam; daarom is het effect ervan op de ruwe telwaarde ook langzaam.
In dergelijke gevallen kan de basislijn, mits de parameters voor de bijwerking ervan op de juiste waarden zijn ingesteld, worden gebruikt om temperatuurschommelingen in het ruwe telresultaat te compenseren.
Als de temperatuur een zeer snelle invloed heeft op het aantal ruwe tellingen, moet in plaats daarvan een condensator voor temperatuurcompensatie worden gebruikt.
Een bijkomend effect van de temperatuur is condensatie. Een vloeistof die aanzienlijk kouder is dan de omgevingstemperatuur kan ervoor zorgen dat er condensatie ontstaat op het oppervlak van de sensor. Condensatie kan leiden tot een hogere capaciteit, wat op zijn beurt een grotere afwijking tot gevolg heeft.
Condensvorming tijdens tests bij lage temperaturen kan worden beperkt door het oppervlak van de sensor te isoleren.
Een andere methode is om een kleine isolerende luchtspleet aan te brengen tussen de vloeistofhouder en het sensorsubstraat. Voor optimale prestaties mag de luchtspleet niet groter zijn dan 3 mm.
Hoe randverschijnselen te vermijden
Het menselijk lichaam zelf kan veel parasitaire capaciteiten veroorzaken en daardoor de metingen verstoren.
Het hoge watergehalte in het menselijk lichaam zorgt voor een potentiaalverschil tussen de sensorplaten en beïnvloedt daardoor de meting.
Deze extra parasitaire capaciteit zal worden gemeten en zou een vertekening van de verhouding tussen het vulniveau en het signaalniveau veroorzaken, zoals te zien is in de simulatie in figuur 2.4.
Een manier om externe storende invloeden te verminderen, is door een afscherming rond de niveausensor aan te brengen, zoals weergegeven in figuur 13.
Een extra geleidende behuizing, die niet is aangesloten op de aarding van de sensor, fungeert als afscherming tegen parasitaire capaciteiten van buitenaf.
Het is belangrijk om de aarding van de sensor en de container van elkaar gescheiden te houden, zodat het meetsysteem geïsoleerd is van de omgevingsaarding.
Deel 1 gaat in op het principe, de toepassingsmogelijkheden en de voordelen van de sensor;
