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高精度数字电容传感芯片MDC04 MDC02-- 液位和水分含量测量的利器
3) 极板结构设计:
- 极板结构(S,d)和待测物质介电常数,及三个参量的常态和变化情况,决定了电容传感芯片的固定调理范围和可变调理范围。
需要根据应用场景进行合理设计,反复调校以达到测量目的。相比国外同类产品,MDC04具有更宽的固定和可变调理范围,
适用场景更为广泛
- 如果设计电容值及变化量超出了MDC04的调理范围,可以通过软件算法进行“分层”测量
4) 测量结果准确性的保证:
- 合适的校准
- 电容传感芯片的线性度要好,MDC04的线性度误差小于0.3%
- 传导性干扰和环境变化影响等影响因素的消除。敏源可支持客户进行合理的设计
典型应用
1. 液位测量,分为两种:
1)点液位测量:传感器被安置在容器上某个位置,用于检测容器满、空或某个位置的状态,输出结果通常用于开关控制。典型应用场景,如医用输液管是否为空等。
2)连续液位测量:传感器可以连续、精确地监测液位的细微变化,输出结果可用于智能控制。典型应用场景,如咖啡机液体容器水位,移动厕所水箱水位,水浸,洗衣机洗涤桶水位等。
2. 水分含量测量:
由于水的高导电性,凡是含有一定水分的物质都可以被测量,如土壤墒情变化,粮食/食品水分含量,雨量大小判断,干湿垃圾分类等。
随着物联网化和智能化的不断演进,各行各业对液位和水分含量监测的需求越来越多,要求越来越高。比如,各类液体的液位连续测量,土壤墒情的分层监测,空冰设备蒸发器结霜监控,雨滴/雨量的即时反馈,等等。
传统液位测量、开关控制和水分含量测量方法,如光学法、超声波法、磁性原理、导电法、阻容振荡法等,对于这些新的需求,要么结构设计复杂、装置困难,要么干扰无法排除,要么只能做开关控制、不能连续测量,要么不是数字信号输出无法用于智能控制,很难设计出完美的方案。
为满足液位和水分含量测量的新需求,敏源传感自主研发的高精度数字四通道电容传感芯片MDC04、两通道电容传感芯片MDC02,精度高、调理范围宽、数字化输出、功耗低、电路简单、装置简便,可基于其设计出能解决行业顽疾和痛点的解决方案。
1)精度高。16bit ADC电路转换,电容分辨率为0.1fF,线性度误差小于0.3%。除了水,对于介电常数小的待测介质也非常敏感。
2)电容调理范围宽。可编程固定调理范围是0~103.5pF,可编程可变调理范围±15.5pF。
3)电路简单。待测电容直接与芯片相连,芯片输出数字信号给上位机。
4) 用途范围广。既可用于液位、食品/土壤等水分含量检测,也可用于接近/手势传感等应用场景。
5) MDC04、MDC02分别为四通道和两通道的高精度电容调理芯片,可用于复杂测量功能。
6)内置精度为0.5℃的高精度温度传感芯片,可用于温度补偿。
7)和国外同类产品相比,具有更宽电容测量范围,更宽工作电压、更低功耗和I2C/单总线多接口等优势。
应用电路
1、MDC04应用电路
1)单总线接口方式
2)I2C接口方式
2、MDC02应用电路
产品优势
方案设计
1.电容传感的工作原理和基本知识
1) 根据电容量公式 的灵活运用,改变极板间介质介电常数ε、极板间距d和极板有效面积S三个参量中的任意一个量,均可使电容值C发生变化。改变ε,d和S不变,称为变介电常数型;改变d或s,ε和s或d不变,称为变极距或变面积型。
2) 液位和水分含量测量通常需要固定装置,一般采用变介电常数型;而接近、手势检测一般采用变极距或变面积型。
3) 每个极板和导线对地电容,称为寄生电容;极板之间的电容称为互电容,互电容的最大特点是不易受寄生电容的影响。
2. 方案设计要点
1) 电容输入方式的选择:
- MDC04 采用互电容差分输入方式,实验结果表明,可以很好避免周围寄生电容的干扰和影响
2) 待测介质的介电常数的考虑:
- 待测物质的介电常数越大,电容值变化越敏感。如果待测物质的介电常数较小,电容值变化量就较小,比如石油。MDC04的分辨率为0.1fF,可识别微小的电容变化
- 通常,电容传感技术测量液位采用非接触方式,容器的介电常数小于液体的介电常数为佳
下表为部分常规物质的介电常数