CN102628706A - 分段式液位测量模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分段式液位测量模块，包括探测头定位座、多个探测头、主控制电路和电源电路；其中：多个探测头从上至下地设置在探测头定位座上；每一探测头包括加热元件和温度检测电路；加热元件与主控制电路的第一控制输出端电连接，温度检测电路的控制输入端与主控制电路的第二控制输出端电连接，温度检测电路的信号输出端与主控制电路的信号输入端电连接，用于向主控制电路输出温度检测反馈信号；主控制电路用于根据每一探测头在加热前的温度检测反馈信号与加热后的温度检测反馈信号之间的差值，获得液位检测结果。本发明的分段式液位测量模块不受液体电介质、外界环境的干扰影响，测量结果更加准确和可靠。

Description

分段式液位测量模块

技术领域

本发明涉及液位检测技术，尤其涉及一种液位测量模块。

背景技术

目前，传统的液位传感器都是绕线或厚膜式，受液体电介质、外界环境干扰影响比较大，在测量时稳定性相对比较差，从而影响测量结果的准确度。另外，由于现有的车用液位传感器大多是通过浮球、曲柄杠杆和划杆把油位位置转换成电阻阵列的电阻变化，而获得油位信号，浮球、曲柄杠杆和划杆长期处于运动状态，很容易出现故障，进而影响传感器的使用寿命。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种分段式液位测量模块，其是通过探测头在不同的介质中具有不同的升温值，来实现液位检测。

本发明所采用的技术方案是：一种分段式液位测量模块，包括探测头定位座、多个探测头、主控制电路和电源电路；其中：多个探测头从上至下地设置在探测头定位座上；每一探测头包括加热元件和温度检测电路；加热元件与主控制电路的第一控制输出端电连接，温度检测电路的控制输入端与主控制电路的第二控制输出端电连接，温度检测电路的信号输出端与主控制电路的信号输入端电连接，用于向主控制电路输出温度检测反馈信号；主控制电路用于根据每一探测头在加热前的温度检测反馈信号与加热后的温度检测反馈信号之间的差值，获得液位检测结果；电源电路用于向主控制电路供电。 

本发明具有以下优点：

1、本发明的分段式液位测量模块不受液体电介质、外界环境的干扰影响，测量结果更加准确和可靠，抗干扰更强；

2、与现有的浮球式液位传感器相比，本发明的分段式液位测量模块无需采用曲柄杠杆和划杆，没有机械损耗的问题，因而具有更长的使用寿命；

3、本发明的分段式液位测量模块采用低能量脉冲式探测，功耗低；其中，探测信号占空比低于5%，脉冲峰值电流低于50mA，平均电流低于3mA；

4、本发明的分段式液位测量模块探测绝对精度高，准确性好。探测过程不会发生测量漂移；也不会发生随着介质成分和使用时间的变化发生探测误差增加的情况，探测液位精度误差不超过2mm；

5、本发明的分段式液位测量模块采取脉冲式探测，3-4秒就能正确检测出液位，具有探测速度快的优点。

附图说明

图1是本发明分段式液位测量模块一实施例的原理框图。

图2示出了本发明探测头、开关控制电路以及微处理器的一个实施例的电路原理图。

图3示出了本发明分段式液位测量模块的电源电路、开关控制电路以及微处理器的一个实施例的电路示意图。

图4示出了本发明探测头和探测头定位座的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做出进一步说明。

参考图1，根据本发明一实施例的分段式液位测量模块包括探测头定位座1、多个探测头2、主控制电路3、电源电路4和显示模块5。多个探测头是指探测头的数量至少为两个。

结合图4所示，多个探测头2从上至下地设置在探测头定位座1上。探测头采用绝缘导热固体胶封装，可通过导热固体胶对外散热，并防止电介质较强的液体导电。在图4中示出了六个探测头，其仅仅用作示例，探测头的数量可随实际检测的需要而改变。

每一探测头2包括加热元件21和温度检测电路22。加热元件21与主控制电路3的第一控制输出端电连接，温度检测电路22的控制输入端与主控制电路3的第二控制输出端电连接，温度检测电路22的信号输出端与主控制电路3的信号输入端电连接，用于向主控制电路输出温度检测反馈信号。主控制电路3用于控制加热元件3的加热和温度检测电路的检测，并根据每一探测头在加热前的温度检测反馈信号与加热后的温度检测反馈信号之间的差值，获得液位检测结果。

主控制电路3包括微处理器31和开关控制电路32。微处理器31包括加热控制信号输出端、采样控制信号输出端和多个采样信号输入端，微处理器31的多个采样信号输入端与多个探测元件2的温度检测电路22的信号输出端一一对应地电连接。开关控制电路32包括加热控制输入端、加热控制输出端、采样控制输入端和采样控制输出端。加热控制输入端与微处理器31的加热控制信号输出端电连接，加热控制输出端与多个探测头的加热元件21的一端电连接，采样控制输入端与微处理器31的采样控制信号输出端电连接，采样控制输出端与多个探测元件的温度检测电路22的控制输入端电连接。电源电路4用于分别将外接直流电源或者其它电源电压转换成微处理器31、开关控制电路32和显示模块5所需的电压，向微处理器31、开关控制电路32和显示模块5供电。

图2示出了本发明探测头、开关控制电路以及微处理器的一个实施例的电路原理图。其中，加热元件21由一加热电阻R1构成，该加热电阻R1的一端与开关控制电路32的加热控制输出端电连接。温度检测电路由一热敏电阻Rt和一分压电阻R2构成。热敏电阻Rt的一端与加热电阻R1的另一端的共接点接地，热敏电阻Rt的另一端与分压电阻R2的一端的共接点A与微处理器31的采样信号输入端电连接，分压电阻R2的另一端与开关控制电路32的采样控制输出端电连接，由开关控制电路32为该温度检测电路22提供电源，并控制该电源与温度检测电路22之间的连接。

开关控制电路包括加热开关控制电路321、采样开关控制电路322和接地开关控制电路323，微处理器31还包括一接地控制信号输出端。加热开关控制电路321的输入端与微处理器31的加热控制信号输出端电连接，输出端与每一探测头的加热电阻R1的一端电连接；采样开关控制电路322的输入端与微处理器31的采样控制信号输出端电连接，输出端与每一探测头的分压电阻R2的另一端电连接；接地开关控制电路323的输入端与微处理器31的接地控制信号输出端电连接，输出端分别与每一探测头的热敏电阻Rt的一端和加热电阻R1的另一端的共接点A电连接。 

微处理器31包括控制单元311、信号采样单元312、比较单元313和计算单元314。控制单元311用于控制开关控制电路的开关动作。信号采样单元312用于采集多个探测头2的温度检测反馈信号。比较单元313用于接收信号采样单元312采集到的温度检测反馈信号，计算每一探测头在加热前的温度检测反馈信号与加热后的温度检测反馈信号之间的差值，将该差值与预设的阈值进行比较，如果大于等于该阈值，则判断该探测头是位于空气中，如果小于该阈值，则判断探测头是位于液体中。上述的阈值可通过实验来确定。计算单元314用于根据比较单元313的比较结果，计算出位于液体中的探测头2的数量，并输出计算结果到显示模块5。例如，如果有三个探测头位于液体中，则说明液面水平位于第三段，如果有四个探测头位于液体中，则说明液面水平位于第四段，依次类推。

本发明的检测主要基于以下原理：由于液体的比热容要远大于空气，如果是同等加热条件下，在液体中的探测头比空气中的探测头升温要小。通过对探测头不同的升温值进行检测（升温值越高，图2中A点电压变化就越大）就可以判断探测头在空气中还是液体中，如果是多个探测头，就能判断液位在某一段而实现分段式测量液位的目的。

图3示出了本发明分段式液位测量模块的一个实施例的电路示意图。图中，电源电路4主要由一稳压芯片U1构成。稳压芯片的电压输出端Vout输出直流电压VCC，供给微处理器31和开关控制电路32使用。加热开关控制电路321主要包括场效应管Q1、三极管Q3、电阻R3和R11，采样开关控制电路322主要包括三极管Q5、电阻R13等，接地开关控制电路323主要包括场效应管Q2和电阻R0。图中的J5接头与探测头电连接。本发明的工作过程是：微处理器的控制单元311先使场效应管Q1断开，并分别向场效应管Q2的栅极和三极管Q5的基极输出一导通控制信号，使场效应管Q2和三极管Q5导通，通过信号采样单元312对加热前的温度检测反馈信号进行采样，并将采样结果传送给比较单元313（图3仅以ADC0和ADC1两路采样信号举例说明）。然后，控制单元311继续控制场效应管Q2保持导通，并分别向三极管Q3和三极管Q5输出一导通信号和一关断信号，使场效应管Q1导通，三极管Q5断开。此时，信号采样单元312停止采样，加热电源开始向图2中 的加热电阻R1输入电流，对加热电阻R1进行加热。经过一预设的加热时间（该加热时间视介质类型而定）后，控制单元311继续控制场效应管Q2保持导通，并分别向三极管Q3的基极和三极管Q5的基极输出一关断信号和一导通信号，使场效应管Q1断开，三极管Q5导通。此时，加热电阻R1不再有输入电流，加热停止，信号采样单元312重新开始采样，并将采样结果传送给比较单元313。比较单元313通过计算得到每一个探测头在加热前后的温度检测反馈信号（该温度反馈信号在本发明的一个实施例中，为图2中的A点的电压值）的差值，然后将该差值与预设的阈值进行比较，如果大于等于该阈值，则判断该探测头是位于空气中，如果小于该阈值，则判断探测头是位于液体中。计算单元314用于根据比较单元313的比较结果，计算出位于液体中的探测头2的数量，并输出计算结果到显示模块5。

本发明可以测量机油、汽油、柴油、冷却液、助力液等液体的高度。

Claims (8)

1.一种分段式液位测量模块，其特征在于，包括探测头定位座、多个探测头、主控制电路和电源电路；其中：

所述的多个探测头从上至下地设置在所述的探测头定位座上；

每一探测头包括加热元件和温度检测电路；所述的加热元件与所述主控制电路的第一控制输出端电连接，所述温度检测电路的控制输入端与主控制电路的第二控制输出端电连接，所述的温度检测电路的信号输出端与主控制电路的信号输入端电连接，用于向主控制电路输出温度检测反馈信号；

所述主控制电路用于根据每一探测头在加热前的温度检测反馈信号与加热后的温度检测反馈信号之间的差值，获得液位检测结果；

所述的电源电路用于向所述主控制电路供电。

2.如权利要求1所述的分段式液位测量模块，其特征在于，所述的主控制电路包括微处理器和开关控制电路；其中：

所述微处理器包括加热控制信号输出端、采样控制信号输出端和多个采样信号输入端；该微处理器的多个采样信号输入端与多个探测元件的温度检测电路的信号输出端一一对应地电连接；

所述开关控制电路包括加热控制输入端、加热控制输出端、采样控制输入端和采样控制输出端；所述的加热控制输入端与微处理器的加热控制信号输出端电连接，所述的加热控制输出端与多个探测头的加热元件的一端电连接，所述的采样控制输入端与微处理器的采样控制信号输出端电连接，所述的采样控制输出端与多个探测元件的温度检测电路的控制输入端电连接；

所述的电源电路用于分别向所述微处理器和所述开关控制电路供电。

3.如权利要求2所述的分段式液位测量模块，其特征在于，

所述的加热元件为一加热电阻，该加热电阻的一端与所述开关控制电路的加热控制输出端电连接；

所述的温度检测电路由一热敏电阻和一分压电阻构成；所述热敏电阻的一端与加热电阻的另一端的共接点接地，热敏电阻的另一端与所述分压电阻的一端的共接点与微处理器的采样信号输入端电连接，分压电阻的另一端与开关控制电路的采样控制输出端电连接。

4.如权利要求1至3中任何一项所述的分段式液位测量模块，其特征在于，每个探测头采用绝缘导热固体胶封装。

5.如权利要求3所述的分段式液位测量模块，其特征在于，所述的开关控制电路包括加热开关控制电路、采样开关控制电路和接地开关控制电路；所述的微处理器还包括一接地控制信号输出端；

所述加热开关控制电路的输入端与微处理器的加热控制信号输出端电连接，输出端与每一探测头的加热电阻的一端电连接；

所述采样开关控制电路的输入端与微处理器的采样控制信号输出端电连接，输出端与每一探测头的分压电阻的另一端电连接；

所述接地开关控制电路的输入端与微处理器的接地控制信号输出端电连接，输出端分别与每一探测头的热敏电阻的一端和加热电阻的另一端的共接点电连接。

6.如权利要求2、3或5所述的分段式液位测量模块，其特征在于，所述的微处理器包括：

控制单元，用于控制所述开关控制电路的开关动作；

信号采样单元，用于采集所述多个探测头的温度检测反馈信号；

比较单元，用于接收所述信号采样单元采集到的温度检测反馈信号，计算每一探测头在加热前的温度检测反馈信号与加热后的温度检测反馈信号之间的差值，将该差值与预设的阈值进行比较，如果大于等于该阈值，则判断该探测头是位于空气中，如果小于该阈值，则判断探测头是位于液体中；

计算单元，用于根据所述比较单元的比较结果，计算出位于液体中的探测头的数量，并输出计算结果。

7.如权利要求6所述的分段式液位测量模块，其特征在于，还包括一显示模块，用于接收并显示输出所述计算单元的计算结果。

8.如权利要求1所述的分段式液位测量模块，其特征在于，该分段式液位测量模块采用低能量脉冲式探测。

Images