电容式液位检测的电路方案和详解

液体填充在极板之间，等效形成电容，液面浸没的多少会改变电容大小，从而间接反映液位的高低。

图1

在测量的导体上我们使用的是吸液探针。探针是一个空心的导体，具有一定的电容量，当探针接触到液体表面的瞬间，探针对地的电容会突然增加。通过对电容数值变化检测就可以得知探针是否接触到页面。

图2

2.信号处理电路

图3 液面检测原理图

电路总共分为6部分

1.方波发生电路

2.高通滤波电路

3.整流电路

4.低通滤波电路

5.电压比较器

6.电平转换电路

3.工作原理

由液面检测原理可知，当探针碰到水面的瞬间，输入电容量会发生变化。NE555产生一个方波，输入电压跟随器的波形为具有一定直流偏置的方波信号，当探针接触的时候，电容瞬间增大改变了方波信号的幅度并由于RC延迟变成了三角波，TEST1端信号变化如图。

图4 TEST1信号变化信号经过精密整流之后变成只有正电压信号，TEST2端信号变化如图。

图5 TEST2信号变化

直流信号通过低通滤波器输入到电压比较器；电压跟随器的正向输入端连接一个数值较大的电容10uF。在电容未发生变化的之前，正相输入端的电压永远大于反向输入端的电压，比较器的输出+5V，三极管导通，输入单片机信号为低。

当探针接触到液体表面的时候由于其幅值发生较大变化，输入正相输入端的电压突然减小而由于电容两端的电压不能发生突变，导致反向输入端电压高于正相输入端，此时比较器输出为-5V，三极管截止，输入单片机信号为高，TEST3端信号变化如图。

图6 TEST3信号变化

但由于电容存储的电荷有限，经过一段时间正相输入端的电压将再次超过反向输入端，所以在接触液体的瞬间可观察到指示灯闪烁一下就立即熄灭。通过设置单片机电平捕获便可判断探针是否接触到水面。

4．总结

以上的思路只是针对液面进行，也就是说探针一接触到液面就会有信号，但无法检测探针进入液体的深度。不过我们可以对电路进行改造，将比较器电路和电平转换电路去电，然后信号直接接到单片机的ADC引脚上，便可识别进入液面的深度。但测量液体深度对电路的精度比较高，所以电路还需要继续优化方可实行。