該參考設(shè)計描述了一種經(jīng)濟高效的低功耗液位測量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS），該系統(tǒng)使用補償?shù)墓?a href="http://m.greenbey.cn/tags/壓力傳感器/" target="_blank">壓力傳感器和高精度的delta-sigma ADC。該文檔說明了如何實現(xiàn)使用非接觸式測量方法來測量和分配大多數(shù)工業(yè)液體的設(shè)計。它還建議系統(tǒng)算法，提供噪聲分析并描述校準(zhǔn)思想，以提高系統(tǒng)性能，同時降低復(fù)雜性和成本。

簡介

液位測量在工業(yè)和商業(yè)過程中都有許多應(yīng)用。從在家中儲罐中的水位檢測到監(jiān)視工業(yè)上明渠的燃料流，其使用一直在提供安全可靠的系統(tǒng)。也許，液位測量最簡單但最重要的應(yīng)用是在洪水檢測系統(tǒng)中，在天氣不好的情況下，可以使社區(qū)免受洪水的危害。

該參考設(shè)計描述了一種非接觸式測量方法，該方法用于測量和分配大多數(shù)工業(yè)液體，利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）以及補償?shù)墓鑹毫鞲衅骱透呔鹊膁elta-sigma模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC） 。本文檔對于設(shè)計各種必須測量和分配工業(yè)液體的精密傳感和便攜式應(yīng)用的人員很有用。

該參考設(shè)計是補償硅壓力傳感器應(yīng)用系列中的第二篇。第一個參考設(shè)計5319“液位控制和輸送系統(tǒng)使用補償式硅壓力傳感器和精密Delta-Sigma ADC，第1部分”描述了測量壓力，現(xiàn)代硅壓力傳感器和低成本的歷史。溫度補償壓力傳感器的解決方案。（飛思卡爾半導(dǎo)體推出的流行且經(jīng)濟高效的MPX2010系列硅壓阻式壓力傳感器可在0°C至+ 85°C的范圍內(nèi)提供溫度補償，并且在此設(shè)計中具有此功能。）第1部分介紹了如何改進這些處理器在進行有關(guān)使用現(xiàn)代壓力傳感器和delta-sigma ADC來測量水位的案例研究之前，先與delta-sigma ADC一起使用。

在本文檔的第2部分中，第1部分中描述的系統(tǒng)用于非接觸式測量方法中，用于大多數(shù)工業(yè)液體的測量和分配。在這里，我們討論了解決大電流電磁閥和泵控制的方法，而又不會損害基于高精度delta-sigma ADC的DAS。與第1部分相同，該參考設(shè)計提出了系統(tǒng)算法，分析噪聲并提供了校準(zhǔn)思路，以提高系統(tǒng)性能，同時降低復(fù)雜性和成本。

系統(tǒng)設(shè)計

此參考設(shè)計的開發(fā)系統(tǒng)的簡化圖如圖1所示。該系統(tǒng)具有一個受控液體儲存器，該儲存器由一個垂直的塑料注水管組成，該管的側(cè)面有100mL的測量標(biāo)記。細(xì)的內(nèi)部測量管位于受控容器的內(nèi)部，并直接連接到傳感器的正壓端口，而參考壓力端口則暴露于大氣壓下。

直接連接到壓力傳感器的小型DAS印刷電路板（PCB）提供了對液位測量的動態(tài)控制。它從基于PC的控制和分配GUI生成控制信號，以激活閥驅(qū)動器PCB和泵驅(qū)動器PCB，然后將規(guī)定量的液體輸送到受控容器。DAS還向水泵提供控制信號。

外部主儲液罐可為補充受控儲液罐所需的液體提供較大的存儲容量。確保壓力穩(wěn)定。每當(dāng)受控液體儲存器的液位下降到定義的標(biāo)記以下時，水泵就會打開。該動作使受控容器中的液體高度保持恒定。

在此參考設(shè)計中，施加在傳感器正壓端口上的壓力通過捕獲在測量管中的空氣進行傳遞，從而在儲液罐中的液體和傳感器之間提供了屏障。這種設(shè)計使得在具有化學(xué)侵蝕性或腐蝕性液體的工業(yè)應(yīng)用中使用具有成本效益的通用壓力傳感器成為可能。

系統(tǒng)的基本操作

該系統(tǒng)（圖1）通過測量液體的高度來測量體積，液體的高度本身由密封管內(nèi)部的壓力以及液體推動內(nèi)部的空氣確定。如第1部分所述，壓力與大容器中的液體高度成正比?？諝鉁粼趦?nèi)胎內(nèi)部，從而在其中形成壓力。液體上升的越多，產(chǎn)生的壓力就越大。

該系統(tǒng)可以很好地讀取大型容器中存在的液體的高度。對于固定直徑的外部容器，可以使用一個簡單的公式來計算總體積：π×半徑×半徑×H。

校準(zhǔn)和計算

在當(dāng)前的設(shè)計示例中，液體位于兩個同心圓柱壁內(nèi)?？梢允褂没趦牲c校準(zhǔn)的線性函數(shù)來計算點膠量，如圖2所示。

基于兩點校準(zhǔn)和圖2，在公式7中定義了線性函數(shù)公式：
Δy= KCAL±Δx

其中：
Δy– ADC是分配Δx體積的液體所需的代碼；
KCAL是通過公式8計算得出的校準(zhǔn)系數(shù)（見圖2）。

所以：

KCAL =（y2 – y1）/（x2 – x1）

當(dāng)兩點校準(zhǔn)可用時，該計算方法將有效工作。它使體積分布與特定的液體密度無關(guān)。

結(jié)論

新型MEMS溫度補償型硅壓力傳感器的價格和封裝尺寸正在下降。這使它們對于必須使用非接觸式測量方法測量和分配工業(yè)液體的各種精密傳感和便攜式應(yīng)用具有吸引力。這些應(yīng)用需要諸如MAX11206之類的低噪聲delta-sigma ADC直接與安裝在PCB上的硅壓力傳感器接口。通過簡單的補償方案，此方法可輕松提高這些壓力傳感器的絕對精度。

在該參考設(shè)計中，MAX11206直接與新型硅壓力傳感器（如MPXM2010）接口，而無需額外的儀表放大器或?qū)Ｓ?a target="_blank">電流源。減少了熱誤差，這使設(shè)計人員可以實施簡單的線性算法，從而降低系統(tǒng)復(fù)雜性和成本。硅壓力傳感器和ADC創(chuàng)建了高性能，經(jīng)濟高效，低功耗的液位控制和輸送系統(tǒng)，非常適合于精密感測和便攜式應(yīng)用。

編輯：hfy