【導讀】液位檢測是許多家用電器功能的重要組成部分
，例如洗衣機、洗碗機都需要通過控製液位來實現多水位的洗滌方式，以達到節水目的；熱水器需要在液位過低時自動補水
，防止幹燒；咖啡機、啤(pi)酒(jiu)機(ji)也(ye)需(xu)要(yao)檢(jian)測(ce)液(ye)位(wei)來(lai)控(kong)製(zhi)流(liu)量(liang)和(he)出(chu)水(shui)量(liang)。因(yin)此(ci)，精(jing)準(zhun)的(de)液(ye)位(wei)檢(jian)測(ce)是(shi)幫(bang)助(zhu)實(shi)現(xian)家(jia)用(yong)電(dian)器(qi)相(xiang)關(guan)功(gong)能(neng)的(de)重(zhong)要(yao)前(qian)提(ti)和(he)保(bao)證(zheng)。納(na)芯(xin)微(wei)電(dian)子(zi)推(tui)出(chu)的(de)NSPGD1是一款經過校準的表壓液位傳感器

，可滿足家用電器液位高度精確測量需求，使家用電器更加智能。

NSPGD1直擊應用痛點

傳chuan統tong的de液ye位wei測ce量liang采cai用yong機ji械xie測ce量liang與yu光guang電dian測ce量liang等deng方fang式shi
，通tong常chang隻zhi能neng簡jian單dan測ce量liang液ye體ti有you無wu或huo粗cu略lve測ce量liang液ye位wei的de高gao低di
，無wu法fa實shi現xian高gao精jing度du的de穩wen定ding測ce量liang。而er集ji成cheng式shiMEMS壓力傳感器內置信號調理芯片
，集溫度補償和線性補償於一體，可以很好地彌補傳統液位測量精度不高的缺陷。

NSPGD1是納芯微針對家用電器市場推出的經過校準的表壓傳感器係列產品。它采用高性能信號調理芯片對MEMS壓阻芯體輸出進行溫度和壓力校準和補償，在保證性能和可靠性的同時對封裝進行了集成，易於使用。

NSPGD1與傳統電子水位儀的比較

歸納起來
，NSPGD1具有四大優勢：

一是與傳統機械式水位測量方案相比
，MEMS壓力傳感器芯片具有高輸出精度（全溫區綜合精度達1%）、高線性度和高集成度特點，無需過多的外圍器件
，有助於降低整體方案尺寸、電路複雜性和成本，增加設計的靈活性。特有的頻率輸出模式和5.45mm直徑氣嘴便於無縫替代傳統機械式洗衣機水位傳感器
，是洗衣機水位監測功能升級換代的理想選擇。

NSPGD1替代的器件

二是NSPGD1采用納芯微高性能、高可靠性MEMS壓ya阻zu技ji術shu，可ke無wu縫feng實shi現xian國guo產chan化hua替ti代dai
，且qie在zai同tong類lei產chan品pin中zhong輸shu出chu精jing度du更geng高gao

，功gong耗hao更geng低di

，工gong作zuo溫wen度du範fan圍wei更geng廣guang，還hai具ju有you更geng強qiang的de耐nai爆bao破po壓ya力li能neng力li。相xiang對dui於yu市shi麵mian上shang已yi有you產chan品pin，NSPGD1具有更寬的溫度範圍
、更低的工作電流
、更為豐富的封裝形式，且成本更優，性價比更高。

三是NSPGD1拓展了納芯微壓力傳感器係列產品組合
，能夠滿足細分領域中小量程（0～2kPa）的壓力檢測需求。

四是納芯微作為國產芯片提供商
，能夠更好地保證交付
，降低客戶供應鏈風險。

NSPGD1係列集成壓力傳感器可選量程為-10kPa～10kPa（量程可定製），采用帶氣嘴的DIP8封裝形式
，方便客戶焊接和使用。

shiheyaliminganyuanjianjiegoucailiaojianrongdefeifushixingqitibiaoyajianceshiyongyufeijiechushiyeweijiancedengyingyong
，yeshiyongyugongyejiwulianwangdenglingyu。gaixiliezhichimonishuchu/I2C數字輸出以及特有的頻率輸出功能
，應用更加靈活。

NSPGD1輸出壓力值與液位高度呈線性關係，可實時檢測輸出，且無累積誤差
，對滴、漏lou及ji水shui流liu損sun失shi進jin行xing精jing確que測ce量liang
，直zhi接jie替ti代dai傳chuan統tong機ji械xie式shi液ye位wei傳chuan感gan器qi，且qie在zai直zhi徑jing確que定ding的de係xi統tong中zhong可ke替ti代dai轉zhuan子zi流liu量liang計ji測ce量liang流liu量liang與yu體ti積ji。其qi外wai圍wei接jie口kou電dian路lu簡jian單dan
，多duo種zhong數shu據ju輸shu出chu形xing式shi可ke選xuan
，方fang便bian應ying用yong。

NSPGD1的特性及其應用

NSPGD1係列集成壓力傳感器具有以下產品特性：

●   高精度低功耗：高度線性，穩定性好

，無需校準
，100%溫度補償，器件一致性更好的，常溫下輸出精度優於±1%F.S.

，0℃～70℃全溫範圍內精度優於±1.5%F.S.
，且工作電流小於3mA

●   多種輸出方式：支持模擬比例輸出/數字I2C輸出/頻率輸出三種輸出方式，適用於多種應用需求

，簡單便利，可移植性好。

●   氣嘴型封裝方式：標準型帶氣嘴DIP8封裝（10.4mm×10.4mm），支持正麵進氣

，不易堵塞，芯片內部防水防潮處理，具有較高可靠性與應力消除特性。

●   壓力量程可定製：-10kPa～+10kPa內量程可定製
，最低量程可至2kPa，支持多種壓力應用場景，靈活性高。

NSPGD1係列集成壓力傳感器主要用於液位高度精確測量，它是一款基於矽的壓阻效應，並采用先進的MEMS微加工工藝製造的帶氣嘴集成式表壓傳感器，氣嘴封裝結構特別適合洗衣機、淨水器、洗碗機等家電用品的液位檢測，也可用於按摩椅、智能血壓計、製氧機、呼吸機、製氧機、麻醉儀、生物安全櫃等醫療電子設備

，在壓力開關

、負壓真空檢測、氣體壓力檢測等工業工業控製以及物聯網等領域的壓力檢測應用中也有用武之地。

NSPGD1功能框圖（I2C輸出）

基於NSPGD1壓力傳感器的液位檢測設計方案

NSPGD1以MEMS壓ya阻zu表biao壓ya壓ya力li芯xin體ti作zuo為wei壓ya力li敏min感gan元yuan件jian，該gai元yuan件jian會hui輸shu出chu一yi個ge與yu環huan境jing壓ya力li呈cheng正zheng比bi例li關guan係xi的de原yuan始shi信xin號hao輸shu出chu。由you內nei置zhi的de調tiao理li芯xin片pian驅qu動dong該gai敏min感gan元yuan件jian
，並bing對dui其qi原yuan始shi信xin號hao進jin行xing放fang大da、溫度補償、線性度補償，之後輸出一個與施加壓力呈線性關係的電壓信號。

NSPGD1係列支持模擬輸出/數字輸出（I²C）以及特有的頻率輸出功能。

NSPGD1模擬輸出形式

以比例輸出模式為例（輸出電壓值為電源電壓的百分比），該係列模擬輸出型芯片針對0kPa～6kPa量程範圍
，Pmax為6kPa（輸出90%VDD）
，Pmin為0kPa（輸出10%VDD），其典型傳遞函數為：

其中：

Vout是輸出電壓，單位V；

VDD是輸入電壓，單位V；

Ptest是待測壓力，單位kPa。

下表是典型壓力值與輸出電壓的對照。

典型輸入輸出圖

NSPGD1頻率輸出形式

該係列頻率輸出型芯片針對0kPa～6kPa量程範圍，Pmax為6kPa（輸出90%FS），Pmin為0kPa（輸出10%FS），其典型傳遞函數為：

其中：

FREQ是輸出頻率，單位KHz
；

FS是頻率輸出滿量程值

，單位KHz；芯片可配置最大頻率至250KHz；

Ptest是待測壓力，單位kPa；

NSPGD1 數字（I²C）輸出形式

該係列數字（I²C）輸出型芯片針對0kPa～6kPa量程範圍
，其典型傳遞函數為：

其中：

Pdata為I²C采集的值


；

數字（I²C）輸出數據具體處理步驟如下：

給芯片上電
；

1.  I²C將0x30寄存器寫為0x0A；

2.  等待3ms；

3.  I²C連續讀取0x06
、0x07
、0x08寄存器值
，假設讀出來的寄存器值分別為data1、data2

、data3；

按照如下步驟將0x06（data1）、0x07（data2）、0x08（data3）的寄存器值轉換為Pdata

1.  D1=data1*65536+data2*256+data3；

2.  若D1>8388607
，則Pdata=D1-16777215；

3.  若D1≤8388607
，則Pdata=D1
；

舉例說明：

若0x06
、0x07、0x08寄存器的值分別為0x15

、0x55、0x56，按照上述步驟，D1=1398102，該D1值小於8388607

，則Pdata=1398102，P（Pa）= 500，最終得到壓力值為500Pa

；

本文中液位檢測設計方案是基於I²C數字輸出形式的NSPGD1壓力傳感器。如果想基於NSPGD1實現模擬量或頻率輸出模式

，可以聯係納芯微。

下圖是本文采用I²C串行總線通信的應用電路圖。I²C串總線一般有兩根信號線，一根是雙向數據線SDA，另一根是時鍾線SCL，均通過4.7K上拉電阻上拉到VDD，GND與VDD有0.1μF濾波電容。

NSPGD1 I²C輸出型應用電路圖

參考應用結構

NSPGD1參考應用結構如下圖所示
，NSPGD1傳感器通過氣管連接至水箱底部
，水箱內水位升高或降低的高度將等比例對應液體壓強變化。利用NSPGD1高精度傳感器可以實時獲取水箱內液體高度，進而根據不同家用電器的控製邏輯，實現自動補給或輸送水量。

NSPGD1參考應用結構

傳感器數據處理

本文中液位檢測設計方案是基於I²C數字輸出形式的NSPGD1壓力傳感器，傳感器測量數據與液位高度的計算方法如下：

方法一：壓力對應高度換算：

其中：P_f為液體在液桶底麵產生的壓強；ρ為液體密度，假設液桶中為水

，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：

傳感器量程0kPa～6kPa，則對應可測量液體高度h範圍為：0～0.612.24m；考(kao)慮(lv)到(dao)實(shi)際(ji)氣(qi)管(guan)安(an)裝(zhuang)在(zai)液(ye)桶(tong)底(di)部(bu)，蓄(xu)水(shui)後(hou)，有(you)一(yi)部(bu)分(fen)水(shui)會(hui)進(jin)入(ru)氣(qi)管(guan)內(nei)
，這(zhe)部(bu)分(fen)水(shui)在(zai)氣(qi)管(guan)內(nei)形(xing)成(cheng)一(yi)定(ding)壓(ya)力(li)，導(dao)致(zhi)零(ling)點(dian)整(zheng)體(ti)漂(piao)移(yi)，因(yin)此(ci)，實(shi)際(ji)使(shi)用(yong)時(shi)需(xu)要(yao)對(dui)0點壓力進行補償。由於氣管內徑及安裝位置的不同，具體offset值需實際測試得到：

方法二：直接標定換算：

通過直接測量標定容器液位高度h與傳感器Pdata關係，得到實際高度h與Pdata傳遞函數，通過Pdata計算得到液位高度，從而避免了中間壓力換算引入的誤差。

NSPGD1實際應用及水流量計對比測試

NSPGD1實際應用及水流量計對比測試如下表所示。

NSPGD1實際應用及水流量計對比測試

從上表設置水位高度為50mm、200mm、400mm、300mm的4個測試點，通過測試得到下表的NSPGD1實際應用及水流量計對比測試結果：

從上表可以看出，NSPGD1的測量結果要比水流量計計算得到的結果精度高，四個測試點中：50mm處測量誤差最大為-1.96%（絕對誤差1mm），但此時水位較低
，誤差所占此時水位高度比重大；在全量程中，基於對液體壓力實時的測量
，NSPGD1的測量結果誤差不會累積，數據比較均衡

，液位高度誤差為1～2mm；流量計在運行時間長後由於脈衝累積誤差導致誤差變大測量誤差最大2.68%，絕對誤差達到10mm。

NSPGD1單個傳感器測量精度0.5%，但由於整個DEMO係統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
、液體流動引起振動等因素而引入的係統誤差，因此，實際應用中液位高度誤差可通過合理布置安裝及算法補償得到控製。

結論

基於NSPGD1的液位檢測方案外圍器件少、精度高、可實時監測，實現對液體的無接觸測量，且測量結果無累積誤差。NSPGD1是可根據不同客戶需求定製不同量程範圍傳感器
，有助於滿足不同家用電器液位高度測量需求。

針對客戶的進一步需求，納芯微也在開發更大壓力量程的產品

，目前工程樣品階段的帶氣嘴表壓集成傳感器已達到-100kPa～200kPa，應用於餘壓檢測的雙氣嘴微差壓集成傳感器也將陸續推出。

樣片申請

如上產品均可提供樣片，如需申請樣片或訂購產品，可撥打電話0512-62601802或郵件至sales@novosns.com。更多信息，敬請訪問www.novosns.com。

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