MS5805傳感器液位檢測(cè)設(shè)計(jì)方案

大家好，我是【廣州工控傳感★科技】MS5805傳感器事業(yè)部，張工。

MS5805-02BA傳感器是針對(duì)家電市場(chǎng)一款校準(zhǔn)過的壓力芯片。用信號(hào)調(diào)理芯片對(duì)MEMS壓阻芯體輸出進(jìn)行溫度和壓力的校準(zhǔn)和補(bǔ)償，保證性能和可靠性的同時(shí)對(duì)封裝進(jìn)行了集成，易于使用。MS5805集成壓力傳感器可選量程0-200kpa，防水結(jié)構(gòu)適合于壓力敏感元件結(jié)構(gòu)材料相兼容的非腐蝕性氣體的差壓檢測(cè)，用于非接觸式液位檢測(cè)等領(lǐng)域，也適用于工業(yè)及物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域MS5805支持?jǐn)?shù)字輸出IIC以及特有的頻率輸出功能。典型應(yīng)用領(lǐng)域：洗衣機(jī)、洗碗機(jī)、咖啡機(jī)、凈水器等家電上用于液位高度精確測(cè)量。

一、MS5805傳感器特性：

1. 壓力量程：10至2000mbar

2. IIC數(shù)字輸出,快速轉(zhuǎn)換速率降至 0.5 ms

3. 100%校準(zhǔn)，溫度補(bǔ)償

4. 低功率，0.6A（25℃時(shí)待機(jī)功率<0.15 A）,

5. 芯片正面進(jìn)壓方式進(jìn)氣，不易堵塞

6. 芯片封裝內(nèi)部防水防潮處理

7. 電源電壓：1.8 至 3.6 V

二、MS5805-02BA參考應(yīng)用結(jié)構(gòu)

MS5805傳感器參考應(yīng)用結(jié)構(gòu)如圖所示，傳感器連接至水箱底部，水箱內(nèi)水位升高或降低的高度，將等比例對(duì)應(yīng)液體壓強(qiáng)變化，通過MS5805傳感器可以實(shí)時(shí)得到水箱內(nèi)液體高度，進(jìn)而根據(jù)不同家電的控制邏輯，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)給或輸送水量。

三、傳感器數(shù)據(jù)處理

本文中液位檢測(cè)設(shè)計(jì)方案是基于IIC數(shù)字輸出形式的NSPGD1壓力傳感器，傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)與液位高度對(duì)應(yīng)計(jì)算方法如下：

方法一：壓力對(duì)應(yīng)高度換算：

其中：P_f為液體在液桶底面產(chǎn)生的壓強(qiáng)；ρ為液體密度，假設(shè)液桶中為水，則水的密度ρ為1.0*10^3kg/m^3；g為重力加速度9.8m/s；h為液體高度，則液體高度h可由下式得到：

MS5805-02BA傳感器量程0kPa ~ 6kPa，則對(duì)應(yīng)可測(cè)量液體高度h范圍為：0~0.612.24m；考慮到實(shí)際氣管安裝在液桶底部，蓄水后，有一部分水會(huì)進(jìn)入氣管內(nèi)，該部水在氣管內(nèi)形成一部分壓力，導(dǎo)致零點(diǎn)整體漂移，因此實(shí)際使用時(shí)需要對(duì)0點(diǎn)壓力進(jìn)行補(bǔ)償，具體offset值由于氣管內(nèi)徑及安裝位置的不同，需實(shí)際測(cè)試得到：

方法二：直接標(biāo)定換算：

通過直接測(cè)量標(biāo)定容器液位高度h與傳感器Pdata關(guān)系，得到實(shí)際高度h與Pdata傳遞函數(shù)，通過Pdata計(jì)算得到液位高度，從而免去中間壓力換算引入的誤差。

四、MS5805-02BA傳感器實(shí)際應(yīng)用及水流量計(jì)對(duì)比測(cè)試

1，水桶清空、水流量計(jì)清0、分別設(shè)置水位50mm、200mm、400mm、300mm并點(diǎn)擊運(yùn)行；

2，水面上升至51mm，壓力換算水位50mm，流量計(jì)水位52mm。

3，水面上升至202mm，壓力換算水位200mm，流量計(jì)水位205mm。

4，水面上升至400mm，壓力換算水位401mm，流量計(jì)水位410mm。

5，水面下降至298mm，壓力換算水位299mm，流量計(jì)水位308mm。

從表1設(shè)置水位高度為50mm、200mm、400mm、300mm的4個(gè)測(cè)試點(diǎn)，通過測(cè)試得到以下測(cè)試結(jié)果：

表2 MS5805傳感器實(shí)際應(yīng)用及水流量計(jì)對(duì)比測(cè)試結(jié)果：

由表2可以看出，MS5805的測(cè)量結(jié)果要比水流量計(jì)計(jì)算得到的結(jié)果精度高，四個(gè)測(cè)試點(diǎn)中：

50mm處測(cè)量誤差最大為-1.96%（絕對(duì)誤差1mm），但此時(shí)水位較低，誤差所占此時(shí)水位高度比重大；在全量程中，基于對(duì)液體壓力實(shí)時(shí)的測(cè)量，MS5805的測(cè)量結(jié)果誤差不會(huì)累積，數(shù)據(jù)比較均衡，液位高度誤差為1~2mm；流量計(jì)在運(yùn)行時(shí)間長后由于脈沖累積誤差導(dǎo)致誤差變大測(cè)量誤差最大2.68%，絕對(duì)誤差達(dá)到10mm。

MS5805單個(gè)傳感器測(cè)量精度0.2%，但由于整個(gè)DEMO系統(tǒng)誤差包含亞克力液桶刻度不均勻、氣管連接不可靠、人眼觀察、液體流動(dòng)引起振動(dòng)等因素而引入的系統(tǒng)誤差，因此實(shí)際應(yīng)用中液位高度誤差可通過合理布置安裝及算法補(bǔ)償?shù)玫娇刂啤?/p>