該參考設計描述了一種經濟高效的低功耗液位測量數據采集系統（DAS），該系統使用補償的硅壓力傳感器和高精度的delta-sigma ADC。該文檔說明了如何實現使用非接觸式測量方法來測量和分配大多數工業液體的設計。它還建議系統算法，提供噪聲分析并描述校準思想，以提高系統性能，同時降低復雜性和成本。

簡介

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

該參考設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工業液體，利用數據采集系統（DAS）以及補償的硅壓力傳感器和高精度的delta-sigma模數轉換器（ADC） 。本文檔對于設計各種必須測量和分配工業液體的精密傳感和便攜式應用的人員很有用。

該參考設計是補償硅壓力傳感器應用系列中的第二篇。第一個參考設計5319“液位控制和輸送系統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。（飛思卡爾半導體推出的流行且經濟高效的MPX2010系列硅壓阻式壓力傳感器可在0°C至+ 85°C的范圍內提供溫度補償，并且在此設計中具有此功能。）第1部分介紹了如何改進這些處理器在進行有關使用現代壓力傳感器和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部分中描述的系統用于非接觸式測量方法中，用于大多數工業液體的測量和分配。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，該參考設計提出了系統算法，分析噪聲并提供了校準思路，以提高系統性能，同時降低復雜性和成本。

系統設計

此參考設計的開發系統的簡化圖如圖1所示。該系統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，該管的側面有100mL的測量標記。細的內部測量管位于受控容器的內部，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，以激活閥驅動器PCB和泵驅動器PCB，然后將規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。確保壓力穩定。每當受控液體儲存器的液位下降到定義的標記以下時，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。這種設計使得在具有化學侵蝕性或腐蝕性液體的工業應用中使用具有成本效益的通用壓力傳感器成為可能。

系統的基本操作

該系統（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部的壓力以及液體推動內部的空氣確定。如第1部分所述，壓力與大容器中的液體高度成正比。空氣滯留在內胎內部，從而在其中形成壓力。液體上升的越多，產生的壓力就越大。

該系統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。

校準和計算

在當前的設計示例中，液體位于兩個同心圓柱壁內。可以使用基于兩點校準的線性函數來計算點膠量，如圖2所示。

基于兩點校準和圖2，在公式7中定義了線性函數公式：
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計算得出的校準系數（見圖2）。

所以：

KCAL =（y2 – y1）/（x2 – x1）

當兩點校準可用時，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。

結論

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液體的各種精密傳感和便攜式應用具有吸引力。這些應用需要諸如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專用電流源。減少了熱誤差，這使設計人員可以實施簡單的線性算法，從而降低系統復雜性和成本。硅壓力傳感器和ADC創建了高性能，經濟高效，低功耗的液位控制和輸送系統，非常適合于精密感測和便攜式應用。

編輯：hfy