如何利用电容传感技术进行液位测量 _知识百科

无论是监测咖啡机中的水位，还是当奶瓶快要没奶时发出提醒的智能冰箱。液位测量在提高产品性能的同时，并从竞争对手中脱颖而出。
技术干货
【如何利用电容传感技术进行液位测量】● 电容感应技术可以在任何环境因素下提供可靠的、强大的液位测量解决方案。
● 互电容传感器不易受寄生电容的影响。
● 测量结果的准确性取决于合适的校准、传感器的线性度以及是否能够消除影响性能的因素，比如传导性干扰和环境变化影响。
说到电容感应技术，我们首先想到的是不同设备的用户界面所使用的电容感应按钮。但这是电容感应技术的唯一用途吗？非也。该项技术可用于任何系统输入可能引起电容变化的应用。电容传感器在许多应用中可以取代传统技术，如液体位置测量、湿度感应、金属物体检测等。它不会受环境条件变化的影响，同时更加可靠和稳定。
液体位置测量也是咖啡机等家用电器的一项重要功能。它能探测咖啡机中的水位或者奶瓶容器中牛奶的液位，也能探测洗衣机中洗衣液的用量。液位测量分为两种：
● 点液位测量：这种测量方式，传感器被安置在容器上的不同的区域，用于检测容器满或空的状态，并显示单个的较低分辨率的不连续的液位高度。
● 连续液位测量：正如其名所示，这种传感器可以精确探测到液位的细微变化。
每种传感器都有其各自的使用方式。本文主要介绍连续测量和确保测量精度的一些重要因素。
目前已有多种液位测量方法，包括：
● 磁性浮子：将磁体安装在一个随容器液位变化而移动的浮子上，并会促发杆体中密封的“舌簧开关” 。这种解决方案具有很高的可重复性，但由于磁浮子的可移动性，因此寿命较短，可靠性也较低。
● 超声波传感：传感器传输到液体表面的超声波信号与反射的回波信号之间的延迟被转换为相关容器的液位。此类系统可以探测的最大液位取决于收发器的结构。测量会受到温度、压力和湿度等环境因素变化的影响。
● 导电测量：此类设备通过两个导电电极测量传导性。这种方法比前两种更可靠，但无法用于可燃液体。
显然，制造商需要更强大、更可靠、更精确且用途更广泛的液位测量技术。电容感应技术可以满足这些需求。它不使用任何运动部件，能够安全地用于易燃材料，且不会轻易受到环境变化的影响。
电容传感基础知识
电容感应技术是最可靠的液位监测方法之一。这是因为液体本身具有导电性，从而引起电容传感器的电容发生变化。
电容传感器分为两种：自电容和互电容。自电容使用单个引脚作为传感器，测量该引脚和地面之间的电容。这一电容被称为寄生电容。液体对传感器寄生电容的改变程度取决于液体体积。
互电容使用一对引脚。其中一个作为发送器(TX) ，另一个作为接收器(RX) 。这种方法测量的是两者之间的电容，即互电容。液体会引起互电容的变化，而变化程度取决于液位。互电容是首选的液位测量方法，其主要原因之一是它无需测量传感器的寄生电容。
互电容传感器的应用
让我们了解一下互电容液位测量如何应用于咖啡机。传感器可监测咖啡机液体容器中的水位。

文章插图

图1：安装在咖啡机侧面(黄色长方形)的互电容传感器PCB用于测量储水容器中的液位
传感器PCB由互电容传感器组成，装在咖啡机的隔板中，而隔板与储水容器之间存在空隙(参见图2) 。传感器的发送器和接收器位于其主板上，液体会改变它们之间的互电容。

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图2：液位测量系统正视图–传感器与储水容器的相对位置