طراحی و ساخت یک مدار واسط الکترونیکی برای اندازه گیری ارتفاع مایع هادی در یک مخزن فلزی زمین شده

حسگرهای خازنی برای اندازه گیری کمیت های فیزیکی مختلف مانند جابجایی، رطوبت، سطح مایع و غیره استفاده می شود. در این کاربردها خازن می تواند شناور یا زمین شده باشد. خازن شناور را می توان با مدار واسطی که ذاتا مصون از خازن پارازیتی است اندازه گیری کرد. اما خازن زمین شده از اثر مخرب خازن های پارازیتی کابل ارتباطی رنج می برد. کارهای زیادی برای حذف یا کاهش این اثر انجام شده است. پژوهش های موجود را می توان به دو دسته تقسیم کرد: حفاظ فعال با فیدبک و حفاظ فعال با فیدفوروارد. در این پایان نامه، هدف ما اندازه گیری سطح مایع هادی موجود در مخزن فلزی زمین شده است. ما از حفاظ فعال با فیدفوروارد برای اندازه گیری حسگر خازنی زمین شده استفاده کردیم. یک مدار واسط مجتمع مبتنی بر حفاظ فعال با فناوری cmos استاندارد طراحی شده اما در بازار موجود نیست. ما مدار واسط خود را با قطعات مجزا پیاده سازی کرده ایم. بسیاری از روش های جدید مانند چاپینگ، کالیبراسیون خودکار سه سیگنالی، حفاظ فعال و غیره مورد استفاده قرار گرفته است. این روش ها برای حذف عوامل غیرایده آل مدار مانند آفست تقویت کننده عملیاتی، دریفت، پارازیت های کابل و غیره به کار رفته اند. منابع مختلف خطا برای بهینه سازی پارامترهای مدار تحلیل شده اند. نتیجه اندازه گیری نشان می دهد که خازنی در محدوده 27 تا 330 پیکوفاراد را برای طول کابل 30 متری می توان با کمتر از 2.13 پیکوفاراد خطا اندازه گرفت. انحراف معیار به دست آمده 0.63 پیکوفاراد برای اندازه گیری در 333 میلی ثانیه است که از لحاظ تعداد بیت معادل 9.3 بیت می گردد. در مقایسه با کار قبلی این نتایج بهبود 12 برابری در دقت اندازه گیری را برای طول کابل معین نشان می دهد، هر چند تفکیک پذیری 5 بیت کاهش یافته است.