液体感应在许多不同的医疗应用中都很有用，例如输液泵和 CPAP 呼吸机，在这些应用中，对发药液或液位的监控不仅对系统的运行而且对患者的健康至关重要。 有多种位置感应技术可供使用、例如霍尔效应磁传感器和液体感应专用传感器、正确的感应技术的选择取决于具体的用例以及确定液体体积时所需的精度。 除了医疗领域外、还有许多应用也需要检测系统中的液体量、但本文将重点介绍医疗应用。
对于只需要检测液位是否高或低(例如、用于指示容器是否已满或已空)的应用、具有浮动磁体的霍尔效应开关是一种具有成本效益的简单解决方案。 当磁体位于霍尔效应开关预定义释放阈值(BRP)之外的距离时，传感器将不会检测到磁场的存在，这表明磁体处于“关闭”状态。 当磁体靠近传感器时，传感器将切换为“开”状态，使其超过传感器的磁性工作阈值(BOP)。 还可以使用其他浮动磁体配置、例如将磁体连接到连接到容器壁的铰链上。 此类系统的实现是一个相对简单的机械设计过程、可从非接触式测量解决方案中受益、该解决方案可为任何类型的液体或容器提供高可靠性。
霍尔效应开关的状态变化可能会向您的系统发送一个信号、以停止运行、直到用户补充液体或采取纠正措施。 这种实施方案在配有储液罐的应用中很有用、例如 CPAP 机器、可用于确定储液罐中是否有足够的水来产生湿度。 该解决方案不仅适用于医疗应用、而且适用于任何在没有足够液体的情况下无法正常运行的系统。 TI 拥有 霍尔效应开关产品系列 ，提供多种选项，如低/高电源电压、不同的封装(SOT-23、X2SON 等)和单极/全极，以满足您的系统要求。 有关霍尔效应传感器的介绍、请观看 我们的 TI 高精度实验室系列视频。
有些应用需要测量流经管道等通道的液体的吞吐量。 霍尔效应锁存器通常与环形磁体配对使用、可用于测量液体泵或流量计中电机的速度和方向。 环形磁体上交替变化的北极和南极会切换霍尔效应锁存器的输出、该输出可用于计算流量计或泵的速度和方向、并从中可以找到液体流量。 这种液体测量方法对于需要通过管道等特定通道测量大量液体的透析器等医疗设备非常有用。 要了解有关旋转编码的更多信息、请查看我们的文章 增量旋转编码器。
对于需要更高精度或液体需要保持无菌状态的应用、一维线性霍尔效应传感器可能是有益的。 此类应用的一个示例是胰岛素泵等医疗设备、其中存在一种类似于液体注射器的机制、该机制具有一个用于在设备内分配液体的柱塞。 磁体可以放置在柱塞的背面、当磁体接近连接到注射器另一端的线性霍尔效应传感器时、您可以计算出已分配的液体量。 此解决方案是非接触式的、这意味着磁体和传感器无需接触液体即可确定液位。 DRV5056 具有多个版本、因此是 迎面位移应用的理想选择。 不同的灵敏度变体支持线性位置应用中的各种距离和磁体组合。
线性3D 霍尔效应传感器还可用于需要更高精度或传感器定位不同的应用。 如上所示、通过将线性3D 传感器放置在注射器机构的侧面、磁体将 滑动传感器、 并通过使用 X、Y 和 Z 轴的测量值来确定柱塞的精确位置、从而提供准确的输出。 多轴线性传感器(例如 TMAG5170)在无法实现迎面位移、传感器放置需要更大的灵活性或一维选项无法提供足够精度的情况下非常有用。
本文中讨论的最后一种解决 方案是使用 FDC1004的电容式液位感应。 电容式液位感应也是非接触式的、可用于以小于1mm 的分辨率精确测量液体高度。 该器件具有主动屏蔽功能、可减少来自外部环境的干扰、并且具有灵活的系统设计、其中目标可以是任何金属或导体、这对于低成本系统设计非常有用。 在下图中、左侧图中的传感器可通过柔性 PCB 实现、以适应圆形或圆柱形容器形状、并允许将传感器放置在各种表面形状上。
以下技术文章是了解 FDC1004以及如何在非导电液体的液位感应中实现该功能的好地方。
在医疗应用中，有许多不同的液位感应方法可用于帮助监控患者的健康状况和系统的运行情况。 可在液体传感应用中使用各种位置传感技术、正确的传感技术的选择取决于具体的用例和确定液体体积时所需的精度水平。 TI 拥有各种专用传感器和霍尔效应磁传感器，可满足您的系统要求。
