简介
输液和输血等程序要求监控液体的切当数量，因而这些运用需求选用准确、易于施行的方法来完成液位的检测。本文描绘24位电容-数字转化器和液位检测技能，可经过丈量电容对液位进行高性能检测。
电容丈量基础知识
电容是物体存储电荷的才能。电容C界说如下：
其间，Q是电容上的电荷，V是电容上的电压。
在图1所示电容中，两个面积为A的平行金属板间隔为d。电容C为：
其间
C是电容，单位为F
A是两块板的堆叠面积，A = a × b
d是两块板之间的间隔
εR是相对介电常数
εO是自由空间的介电常（εO ≈ 8.854 × 10−12 F m−1）
图1. 两块平行板的电容
电容数字转化器（CDC）
单通道AD7745和双通道AD7746均为高分辨率Σ-Δ型电容-数字转化器，可丈量直接衔接输入端的电容。这些器材具有高分辨率（21位有用分辨率和24位无失码）、高线性度（±0.01%）和高精度（出厂校准至±4 fF），十分合适检测液位、方位、压力和其他物理参数。
这些器材具有完好的功用，电容输入端集成多路复用器、鼓励源、用于电容DAC，温度传感器、基准电压源、时钟产生器、操控和校准逻辑、I2C兼容型串行接口以及高精度转化器内核，该内核集成二阶Σ-Δ型电荷平衡调制器和三阶数字滤波器。转化器用作电容输入的CDC和电压输入的ADC。
所测电容Cx衔接在鼓励源和Σ-Δ型调制器输入端之间。转化期间在Cx上施加方波鼓励信号。调制器会不间断地对流过Cx的电荷进行采样，并将其转化为0和1的流。调制器输出1的密度经数字滤波器处理，确认电容值。滤波器输出经过校准系数缩放调理。然后，外部主机便可经过串行接口读取最终值。
图2中的四个装备显现了单端、差分、接地和起浮式传感器运用中CDC怎么检测电容。
图2. 单端、差分、接地和起浮传感器运用中的装备
电容式液位检测技能
一种简略的液位监控技能是将平行板电容器浸入液体中，如图3所示。跟着液位改动，板之间的电介质资料数量产生改动，导致电容也随之改动。一起第二对电容传感器（图中为C2）用作基准。
图3. 电容式液位检测
因为εR（水） 》》 εR（空气），传感器电容可由浸没部分的电容近似表明。因而，液位为C1/C2：
其间
Level 是浸入液体的长度
Ref是基准传感器的长度
电容式液位检测体系硬件
24位AD7746具有两条电容丈量通道，十分合适液位检测运用。图4显现了体系功用框图。传感器和基准电容信号转化为数字信号，数据经过I2C端口传输至主机PC或微操控器。
图4. 电容式液位检测体系
要完成准确丈量，PCB规划很要害。图5显现了传感器板和CDC衔接。为了确保精度，AD7746安装在4层PCB外表尽可能接近传感器的当地。接地层暴露在PCB不和。该运用运用了转化器悉数的两个输入通道。传感器板如图6所示。
图5. 传感器板和CDC衔接
图6. PCB正面和不和相片
传感器板规划为在一块PCB上的两个共面金属板，而非两个平行板。共面极板在4层PCB内无需直接触摸液体。共面极板电容的电介质由PCB资料、空气和液体组成，轨迹每一单位长度的电容值约为：
其间
d是两个平行轨迹中点之间的间隔
l是轨迹长度
w是每一条轨迹的宽度（假定宽度持平）
t是轨迹的厚度
有用εR由d与h的比值决议（h是PCB板的厚度）
若d/h 》》 1; 则εR（eff） ≈ 1
若d/h ≈ 1; 则εR（eff） = （1 + εR）/2
就该等式而言，测得的电容值与浸入液体的长度成份额，而共面传感器每一单位轨迹长度的电容近似值不变。运用LabVIEW®软件履行体系校准有助于完成更高的精度。
LabVIEW软件
PC上运转的LabVIEW程序经过I2C串行接口获取CDC数据。图7是PC监视器上显现的图形用户界面（GUI）。发动液面演示体系后，会实时显现液面数据、环境温度和电源电压。
图7. PC监视器上显现的体系GUI
液面推导公式为：
LabVIEW程序包含根本校准和高档校准，可完成更准确的丈量。在浸入液体时进行干（根本）校准用来确认体中。 C1DRY和C2DRY。湿（高档）校准则用来确认一阶方程中增益和失调两个未知量，经过在液位0英寸和4英寸先后进行校准丈量能够得到两个方程联立推导出增益和失调。湿校准和丈量过程中，基准电容有必要彻底浸入液体中。
定论
本文介绍了电容式液位检测演示体系。
