基于CAV424與AM402的電容式油位測量轉換電路

周 杰，馬小燕，錢 靜

揚州工業(yè)職業(yè)技術學院，江蘇揚州 225127

基于CAV424與AM402的電容式油位測量轉換電路

周 杰，馬小燕，錢 靜

揚州工業(yè)職業(yè)技術學院，江蘇揚州 225127

本文介紹了一種基于集成電路CAV424與AM402的電容式油位測量轉換電路，該電路可應用于汽車油箱內油位的檢測。其中CAV424將電容信號轉換為同比例變化的差分電壓信號，再經(jīng)集成電路AM402轉化成4mA～20mA直流電流。通過調節(jié)外接電阻就可以實現(xiàn)輸出信號零點與滿度的調整，且在很大程度上減小分布電容對輸出的影響，實驗證明該電路系統(tǒng)動態(tài)響應快，測量精度高。

CAV424；AM402；電容傳感器；油位測量

0 引言

電容式測量電路結構簡單、動態(tài)響應快、非線性誤差小、以及能有效地改善由于溫度的影響所產生的誤差等特點使其廣泛的應用于生產與科研。絕大多數(shù)電容測量電路都是采用簡單的并聯(lián)諧振電路，將電容的變化轉換成頻率的變化，再將頻率轉換成電壓。

1 CAV424工作原理

CAV424是德國AMG公司的一款多用途的處理各種電容式傳感器信號集成電路，它可以檢測10pF到2nF的電容值，被檢測電容需要在參考電容值的5%到100%內變化。其結構如圖1所示。一個通過電容COSC頻率可調的參考振蕩器驅動兩個構造對稱的積分器，并使它們在時間和相位上同步，參考振蕩器電流IOSC由外接電阻ROSC和參考電壓Vm來確

兩個積分器的振幅由電容Cx1和Cx2來決定，Cx1是參考電容而Cx2是被測電容,兩個振幅的差值反映電容Cx1和Cx2的相對變化量,再通過內置的信號處理電路將Cx1和Cx2的電壓相減和參考電壓Vm一起得出差分電壓輸出。

2 AM402工作原理

AM402是一個用于處理差分電橋信號的電壓電流輸出轉換接口集成電路，它是由一個用差分輸入信號放大的高度精度儀表放大器，一個可調的高度穩(wěn)定的參考電壓（4.5V～10V）以及一個由電壓控制的電流輸出級組成，能夠將0V～1.15V范圍內的差分電壓信號轉換為4mA～20mA直流電流。AM402由3個基本單元組成∶

1）一個高精度的前置放大器，它有較大的增益調節(jié)范圍，適合于不同信號輸入范圍，可以用于各種不同變化范圍的傳感器信號處理。GIA增益的大小由外接的電阻R1和R2來決定；

2）一個由電壓控制的電流輸出級。通過調節(jié)外接的電阻就可以使輸出電流在較寬的范圍內可調。這兩個個電阻同時確定了輸出最小電流；

3）一個可調的參考電壓級VREF（VSET=空5V 或VSET=接地10V）可以供給需要常數(shù)電壓的傳感器使用或者可以作為外接電路的電源。

3 系統(tǒng)電路總體設計

系統(tǒng)總體電路如圖1所示。

某電容傳感器采用Fe-Ni合金作為電極材料在油箱內高度為150mm， 外半徑R=7mm，壁厚1.5mm， 內半徑r=4mm，壁厚1mm?？蛰d時最小電容值Cmin≈130pF,裝滿汽油時Cmax≈260pF,故選擇參考電容Cx1=Cmin，COSC=1.6Cx1≈210pF。輸出差分電壓設置為0～50mV。令積分器充電電流相等ICx1=ICx2=5μA,可以得出Rcx1= Rcx2=500k; ROSC選用典型值250K; CL1=CL2=1nF;Rl1=Rl2=RL3=100k; RA=RB100k;CVM=100nF;CRL=100nF。

圖1 系統(tǒng)總體電路

AM402采用二線方式輸出時，增益GIA由外接電阻R1和R2調節(jié)，計算可得R1/R2的數(shù)值：GIA =1+R1R2→R1R2=GIA→1根據(jù)轉換公式，輸出電流Iout =VINGIA/R0+ISET由外接電阻R3和R4 決定。電源電壓VS 和集成電路的最小工作電壓Vccmin（6V）以及負載電阻RL 之間的關系必須滿足下VS≥IOUTmaxRL+6V整個電路才能正常工作。CAV424的差分輸出電壓是AM402的輸入，即VIN=0…50mV，選取VREF=5V, GIA=8，算得的外接元件的數(shù)值 是：R0=25Ω ；R1=33kΩ；R2=4.7kΩ；R3=100kΩ；R4=1kΩ ；R5=40Ω ；RL =500Ω ；C1=2.2μF。

參數(shù)確定以后控制單片機沒有信號輸出，室溫下實際測量AM402的電流輸出，如果空載時電流不是4mA或者滿度時不是20mA，可以調節(jié)電阻Rl1與RA的值實現(xiàn)零點與滿度的校正。

4 實驗

實驗時以93#與97#汽油作為介質，以3mm為油位間隔分別進行三次油位上升與下降實驗，并測量所對應的輸出電流值，結果如表1與表2所示。從記錄的數(shù)據(jù)可以看出對于90#汽油輸出電流最大偏差為0.51mA，對于97#汽油輸出電流最大偏差為0.71mA，完全滿足系統(tǒng)的精度要求。

表1 90#油品數(shù)據(jù)

表2 97#油品數(shù)據(jù)

5 結論

介紹了一種電容式汽車油位傳感器電路的設計方法，該電路以CAV424為核心，將電容信號轉換為線性變化的電壓信號，同時利用AM402將差分電壓信號轉化成4mA～20mA直流電流。此電路還有很大的擴展空間，如可以實現(xiàn)油品的測量，還可以根據(jù)油位計算出剩余公里數(shù)。

[1]陳衛(wèi)明.電容／電壓轉換電路CAV424及其在油品含水率測量的應用[J].中國計量學院學報，2003，14(2)：94-96.

[2]劉向宇，秦龍.PIC單片機C語言程序設計實例精粹.北京：電子工業(yè)出版社，2010.

[3]王艷華，朱東光，張春霞. 新型電流轉換器AM402在測量中的應用[J].黑龍江水專學報, 2003，30(3)：57-59.

TN7

A

1674-6708（2011）57-0138-02

周杰，工程師，研究方向：計算機控制

馬小燕，助教，研究方向：電氣自動化