基于CAV424与AM402的电容式油位测量转换电路

时间：2024-05-20

周杰，马小燕，钱静

扬州工业职业技术学院，江苏扬州 225127

周杰，马小燕，钱静

扬州工业职业技术学院，江苏扬州 225127

本文介绍了一种基于集成电路CAV424与AM402的电容式油位测量转换电路，该电路可应用于汽车油箱内油位的检测。其中CAV424将电容信号转换为同比例变化的差分电压信号，再经集成电路AM402转化成4mA～20mA直流电流。通过调节外接电阻就可以实现输出信号零点与满度的调整，且在很大程度上减小分布电容对输出的影响，实验证明该电路系统动态响应快，测量精度高。

CAV424；AM402；电容传感器；油位测量

0 引言

电容式测量电路结构简单、动态响应快、非线性误差小、以及能有效地改善由于温度的影响所产生的误差等特点使其广泛的应用于生产与科研。绝大多数电容测量电路都是采用简单的并联谐振电路，将电容的变化转换成频率的变化，再将频率转换成电压。

1 CAV424工作原理

CAV424是德国AMG公司的一款多用途的处理各种电容式传感器信号集成电路，它可以检测10pF到2nF的电容值，被检测电容需要在参考电容值的5%到100%内变化。其结构如图1所示。一个通过电容COSC频率可调的参考振荡器驱动两个构造对称的积分器，并使它们在时间和相位上同步，参考振荡器电流IOSC由外接电阻ROSC和参考电压Vm来确

两个积分器的振幅由电容Cx1和Cx2来决定，Cx1是参考电容而Cx2是被测电容,两个振幅的差值反映电容Cx1和Cx2的相对变化量,再通过内置的信号处理电路将Cx1和Cx2的电压相减和参考电压Vm一起得出差分电压输出。

2 AM402工作原理

AM402是一个用于处理差分电桥信号的电压电流输出转换接口集成电路，它是由一个用差分输入信号放大的高度精度仪表放大器，一个可调的高度稳定的参考电压（4.5V～10V）以及一个由电压控制的电流输出级组成，能够将0V～1.15V范围内的差分电压信号转换为4mA～20mA直流电流。AM402由3个基本单元组成∶

1）一个高精度的前置放大器，它有较大的增益调节范围，适合于不同信号输入范围，可以用于各种不同变化范围的传感器信号处理。GIA增益的大小由外接的电阻R1和R2来决定；

2）一个由电压控制的电流输出级。通过调节外接的电阻就可以使输出电流在较宽的范围内可调。这两个个电阻同时确定了输出最小电流；

3）一个可调的参考电压级VREF（VSET=空5V 或VSET=接地10V）可以供给需要常数电压的传感器使用或者可以作为外接电路的电源。

3 系统电路总体设计

系统总体电路如图1所示。

某电容传感器采用Fe-Ni合金作为电极材料在油箱内高度为150mm，外半径R=7mm，壁厚1.5mm，内半径r=4mm，壁厚1mm。空载时最小电容值Cmin≈130pF,装满汽油时Cmax≈260pF,故选择参考电容Cx1=Cmin，COSC=1.6Cx1≈210pF。输出差分电压设置为0～50mV。令积分器充电电流相等ICx1=ICx2=5μA,可以得出Rcx1= Rcx2=500k; ROSC选用典型值250K; CL1=CL2=1nF;Rl1=Rl2=RL3=100k; RA=RB100k;CVM=100nF;CRL=100nF。

图1 系统总体电路

AM402采用二线方式输出时，增益GIA由外接电阻R1和R2调节，计算可得R1/R2的数值：GIA =1+R1R2→R1R2=GIA→1根据转换公式，输出电流Iout =VINGIA/R0+ISET由外接电阻R3和R4 决定。电源电压VS 和集成电路的最小工作电压Vccmin（6V）以及负载电阻RL 之间的关系必须满足下VS≥IOUTmaxRL+6V整个电路才能正常工作。CAV424的差分输出电压是AM402的输入，即VIN=0…50mV，选取VREF=5V, GIA=8，算得的外接元件的数值是：R0=25Ω ；R1=33kΩ；R2=4.7kΩ；R3=100kΩ；R4=1kΩ ；R5=40Ω ；RL =500Ω ；C1=2.2μF。

参数确定以后控制单片机没有信号输出，室温下实际测量AM402的电流输出，如果空载时电流不是4mA或者满度时不是20mA，可以调节电阻Rl1与RA的值实现零点与满度的校正。