Факторы, влияющие на емкость, и единицы измерения емкости
Факторы, влияющие на эмоциональное состояние
Поскольку диэлектрическая проницаемость изменяется в зависимости от температуры, емкостные датчики очень чувствительны к изменениям окружающей среды, таким как температура и влажность; при этом колебания температуры во время работы датчика оказывают наиболее значительное влияние на его рабочие характеристики.
Кроме того, на работу емкостных датчиков уровня могут влиять многие внешние факторы из-за краевых эффектов.
Само человеческое тело создает значительную паразитную ёмкость, которая может создавать помехи при измерении. Емкостные датчики уровня демонстрируют нелинейное поведение из-за краевых эффектов.
KSLV605: как улучшить (решение)
Чтобы избежать этих факторов, влияющих на результат, мы разработали KSLV605 емкостной датчик уровня.
Как избежать влияния температуры
В системах измерения уровня жидкости температурная компенсация представляет собой более сложную задачу, поскольку нельзя исходить из того, что датчик не погружен в жидкость; он может находиться под жидкостью на любой глубине в течение любого промежутка времени.
Поэтому мы должны компенсировать колебания температуры с помощью алгоритмов и оптимизированных конструкций датчиков.
Данный подход позволяет свести к минимуму влияние температурного дрейфа, который сказывается на ряде параметров в системе измерения уровня жидкости. В первую очередь это измеряемая ёмкость.
Дрейф влияет на другие параметры системы, такие как интегрирующий конденсатор и ток, потребляемый емкостным датчиком.
В результате этих колебаний исходное значение также увеличивается или уменьшается под влиянием температуры (рис. 2.1). Емкостная измерительная схема преобразует измеренную емкость в цифровое значение, которое называется исходным значением.
По оси X — температура, по оси Y — исходное количество
Существует два возможных способа решения этой проблемы:
1: Исправлено температурная компенсация конденсатор
Конденсатор температурной компенсации — это датчик, характеристики которого аналогичны характеристикам других датчиков, используемых для определения уровня жидкости.
Однако он не находится в прямом контакте с жидкостью. Иными словами, уровень жидкости не должен оказывать влияния на этот датчик. Необработанные данные этого конденсатора используются в качестве эталона для основных датчиков.
Поскольку датчик температурной компенсации и рабочий датчик имеют одинаковые характеристики, влияние температуры на оба датчика будет одинаковым.
Таким образом, влияние температуры на датчики определения уровня жидкости можно нивелировать, используя датчик температурной компенсации в качестве эталона.
Стоит отметить, что температурная компенсация датчика уровня жидкости с помощью датчика температурной компенсации должна выполняться как при пустом резервуаре, так и при наличии жидкости в резервуаре.
Если диэлектрическая проницаемость и температура неизвестны, для замены эталонной ёмкости можно использовать эталонный датчик.
На рисунке 2.2 показан пример емкости с двумя датчиками и эталонным датчиком на дне. Это сделано для того, чтобы эталонный датчик измерял уровень жидкости даже при низком уровне наполнения. Такая конфигурация обеспечивает измерения по отношению. Это означает, что соотношение между показаниями датчика уровня и эталонного датчика всегда будет одинаковым, независимо от свойств материала или температуры.
В данной конфигурации оба параметра будут влиять на оба датчика, в результате чего между ними установится равновесие.
2: Алгоритм программного обеспечения на базовой линии
Программные алгоритмы обнаружения прикосновения пальца с помощью емкостных датчиков включают в себя опорную величину, представляющую собой отфильтрованную версию исходного значения. Эта опорная величина отражает медленные изменения исходного значения, вызванные влиянием окружающей среды, и обычно называется базовой линией.
Базовая линия используется для определения наличия пальца при распознавании касаний. При измерении уровня жидкости базовая линия может использоваться для отслеживания изменений в исходном значении. Температурный дрейф часто протекает медленно, поэтому его влияние на исходное значение также проявляется медленно.
В таких случаях при выборе подходящих значений параметров обновления базовой линии эту базовую линию можно использовать для компенсации температурных колебаний в исходных данных подсчёта.
Если влияние температуры на количество сырого материала проявляется очень быстро, то вместо этого следует использовать конденсатор температурной компенсации.
Побочным эффектом температуры является конденсация. Жидкость, температура которой значительно ниже температуры окружающего воздуха, может привести к образованию конденсата на поверхности датчика. Конденсат может вызвать увеличение ёмкости, что, в свою очередь, приводит к увеличению погрешности.
Конденсацию во время испытаний при низких температурах можно уменьшить, обеспечив теплоизоляцию поверхности датчика.
Другой подход заключается в создании небольшого изолирующего воздушного зазора между резервуаром для жидкости и подложкой датчика. Для обеспечения наилучших рабочих характеристик ширина воздушного зазора не должна превышать 3 мм.
Как избежать краевых эффектов
Само человеческое тело может создавать значительные паразитные ёмкости и, как следствие, искажать результаты измерений.
Высокое содержание воды в организме человека приводит к возникновению разности потенциалов между датчиками и, следовательно, влияет на результаты измерения.
Эта дополнительная паразитная ёмкость будет измерена и приведёт к искажению зависимости уровня заполнения, как видно из результатов моделирования на рисунке 2.4.
Одним из способов уменьшить влияние внешних паразитных помех является установка экранирования вокруг датчика уровня, как показано на рисунке 13.
Дополнительный проводящий контейнер, не подключенный к заземлению датчика, служит экраном, защищающим от паразитных ёмкостей, поступающих извне.
Важно обеспечить изоляцию заземления датчика от заземления контейнера, чтобы измерительная система была изолирована от заземления окружающей среды.
Часть 1 посвящена принципу действия, сценариям применения и преимуществам датчика;
