CN207964016U - 一种基于Σ-δ转换原理的液位测量*** - Google Patents

Abstract

本实用新型属于液位测量技术领域，尤其涉及一种基于Σ‑δ转换原理的液位测量***，包括微控制器，包括依次连接的基于电容测量的液位传感器、电容数字转换器、USB—IIC转换器和液位测量GUI；USB—IIC转换器与微控制器连接。该测量***分辨率高，电路简单，功耗低，性能优良，响应速度快，适应能力强，可补偿环境变化，成本低，价格低廉。

Description

一种基于Σ-δ转换原理的液位测量***

技术领域

本实用新型属于液位测量技术领域，尤其涉及一种基于Σ-δ转换原理的液位测量***。

背景技术

液位测量对工农业生产、医疗监护等有着重要的意义。如对于水塔、油库、油箱、输油管等，通常应时刻了解其液位情况。但直接测量有许多不便和困难，因此许多领域采用仪器测量液位高度，实现自动监测功能。常见的方法有电阻法、光电法、测重法、电容法、浮标法及声光电的反射回波法等。由于电容法测量具有安全可靠、非接触、非损伤等特点，并且可操作性较强，既适用于大容器高液位的情况，也适用于小容器低液位的情况，应用广泛。虽然现今基于电容测量的液位传感器种类多样，但随工业需求的不断发展，液位电容测量传感器仍存在很多功能急需提升。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种分辨率高、误差补偿能力强、电路简单的液位测量***。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种基于Σ-δ转换原理的液位测量***，包括微控制器，包括依次连接的基于电容测量的液位传感器、电容数字转换器、USB-IIC转换器和液位测量GUI；USB-IIC转换器与微控制器连接。

在上述的基于Σ-δ转换原理的液位测量***中，基于电容测量的液位传感器，采用刚挠结合电路。

在上述的基于Σ-δ转换原理的液位测量***中，电容数字转换器，采用FDC1004四通道电容数字传感器。

在上述的基于Σ-δ转换原理的液位测量***中，液位测量GUI通过修改FDC1004测量通道和寄存器的值实时采集电容值。

在上述的基于Σ-δ转换原理的液位测量***中，微控制器采用MSP430F5528。

本实用新型的有益效果是：(1)分辨率高(2)电路简单，功耗低，性能优良(3)响应速度快(4)适应能力强，可补偿环境变化(5)成本低，价格低廉。

附图说明

图1是本实用新型一个实施例***框图；

图2是本实用新型一个实施例的基于电容测量的液位传感器基本模型图；

图3是本实用新型一个实施例基于电容测量的液位传感器布局图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施方式进行详细描述。

本实施例是通过以下技术方案来实现的，如图1所示，一种基于Σ-δ转换原理的液位测量***包括微控制器、基于电容测量的液位传感器、电容数字转换器、USB-IIC转换器、液位测量GUI等功能模块。其中微控制器作为液位测量GUI与电容数字转换器之间的USB至IIC桥接器，而基于电容测量的液位传感器测得电容后将电信号通过导线送入电容数字转换器中进行处理。

而且，基于电容测量的液位传感器采用刚挠结合电路使电容极板能够较好地贴合于各种形状的表面。控制电极与屏蔽参考电极之间的间距应为电极宽度的1/4至1/2以为确保传感器***的最佳性能。采用上述异相技术，依靠对称的传感器布局，以独特的方式使用屏蔽驱动器来抵消人体电容的影响，从而降低***环境寄生干扰，最大限度地提高***的信噪比和整体鲁棒性。

而且，电容数字转换器采用FDC1004四通道电容数字传感器，具有高分辨率，包含用于实现传感器屏蔽的屏蔽驱动器。其集成的自适应阈值算法和输出比较器可对因环境因素(如温度和湿度)或绝缘材料的老化而导致传感器电容发生的变化进行补偿。

而且，微控制器采用MSP430F5528，USB-IIC转换器基于MSP430F5528微控制器，将该微控制器作为数据处理的核心，能够在超低功耗下高效运行代码。

而且，液位测量GUI通过修改FDC1004测量通道和寄存器的值实时采集电容值，显示数据，从而计算出液位高度。

基于电容测量的液位传感器作用是在电介质一定的前提下，通过检测液位改变带来的电容变化进行液位的测量。电容数字转换器用于采集电容数据，将其转化为数字信号并通过IIC接口将数据传送至微控制器。USB-IIC转换器将电容数字转换器的通信数据传送到USB端口。液位测量GUI通过修改电容数字转换器FDC1004测量通道和寄存器的值实时采集电容值，显示数据，从而计算出液位高度。

如图2所示，为了降低环境变化对电容测量的影响，所设计的基于电容测量的液位传感器模型设置了环境基准电极、参考液体电极RL和参考环境电极RE。参考液体电极RL用于电平电极的增量单位测量，与被测液体处于同一环境中；参考环境电极RE用于排除容器特性在外界因素影响下对测量结果的影响。为保证各测量数据的独立性，参考环境电极RE必须放置在最大允许液位以上以将其与液面隔离，保证其测量结果是由容器特性导致而非测量液体或参考液体导致。

异相(OoP)技术通过使用差分电容测量技术，在测量期间液体电位保持恒定，从而消除了测量中的人体电容效应。使用FDC1004利用OoP技术实现液位感测时：

①FDC1004的引脚与电极连接如下：CIN1–液位电极；CIN2-参考液体电极(RL)；CIN3-参考环境电极(RE)；CIN4-浮动，无电极连接。

②FDC1004的测量模式设置如下：

MEAS1＝CIN1(CHA)-CIN4(CHB)。CIN1设置为正输入通道，CIN4设置为负输入通道。

MEAS2＝CIN2(CHA)-CIN4(CHB)。CIN2设置为正输入通道，CIN4设置为负输入通道。

如图3所示，为基于电容测量的液位传感器布局图。当MEAS1和MEAS2为差分模式时，CIN1/2与SHLD1同相，CIN4与SHLD2同相。CIN1/2和CIN4相差180度，与CHx相邻的SHLD2电极需要被与SHLD1相邻的另一个SHLD2电极屏蔽，以保证激励对称性。为了进一步对称，SHLD1和SHLD2(离液体最远)与液位电极的SHLD的尺寸完全相同，液位电极与RL电极共享SHLD1和SHLD2。除了液位电极和RL电极之外，每个测量部分内同样应保持对称性。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

虽然以上结合附图描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域普通技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对这些实施方式做出多种变形或修改，而不背离本实用新型的原理和实质。本实用新型的范围仅由所附权利要求书限定。

Claims (5)

1.一种基于Σ-δ转换原理的液位测量***，包括微控制器，其特征是，包括依次连接的基于电容测量的液位传感器、电容数字转换器、USB-IIC转换器和液位测量GUI；USB-IIC转换器与微控制器连接。

2.如权利要求1所述的基于Σ-δ转换原理的液位测量***，其特征是，基于电容测量的液位传感器，采用刚挠结合电路。

3.如权利要求1所述的基于Σ-δ转换原理的液位测量***，其特征是，电容数字转换器，采用FDC1004四通道电容数字传感器。

4.如权利要求3所述的基于Σ-δ转换原理的液位测量***，其特征是，液位测量GUI通过修改FDC1004测量通道和寄存器的值实时采集电容值。

5.如权利要求1所述的基于Σ-δ转换原理的液位测量***，其特征是，微控制器采用MSP430F5528。