CN103438961B - 一种水柱式电子水尺 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种水柱式电子水尺，包括负电源电路、启动恒流源电路、标定恒流源电路、测量恒流源电路、启动电极组、标定电极组、测量电极组及除法电路，其中，所述启动恒流源电路、标定恒流源电路及测量恒流源电路为三个相互独立且完全相同的恒流源电路。所述负电源电路与启动恒流源电路、标定恒流源电路、测量恒流源电路、除法电路电性连接。所述启动恒流源电路与启动电极组电性连接，所述标定恒流源电路与标定电极组电性连接，所述测量恒流源电路与测量电极组电性连接。所述除法电路与启动电极组、标定电极组、测量电极组电性连接。与传统电子水尺相比，本发明安装简单，测量精度高，不受环境和水质的影响，可靠性高。

Description

一种水柱式电子水尺

技术领域

本发明涉及一种电子水尺，尤其涉及一种水柱式电子水尺。

背景技术

目前，市场主要用到的电子水尺有五种：浮子式水位计、压力式水位计、超声波式水位计、电接点水位计以及跟踪式水位计。一、浮子式水位计。利用浮子跟踪水位升降，以机械方式直接传动记录。仪器以浮子感测水位变化，工作状态下，浮子、平衡锤与悬索连接牢固，悬索悬挂在水位轮的“V”形槽中。平衡锤起拉紧悬索和平衡作用，调整浮子的配重可以使浮子工作于正常吃水线上。在水位不变的情况下，浮子与平衡锤两边的力是平衡的。当水位上升时，浮子产生向上浮力，使平衡锤拉动悬索带动水位轮作顺时针方向旋转，水位编码器的显示读数增加；水位下降时，则浮子下沉，并拉动悬索带动水位轮逆时针方向旋转，水位编码器的显示器读数减小。二、压力式水位计。根据压力与水深成正比关系的静水压力原理，运用压敏元件作传感器的水位汁。当传感器固定在水下某一测点时，该测点以上水柱压力高度加上该点高程，即可间接地测出水位。三、超声波式水位计。应用声波反射的原理来测量水位。分为水介式和气介式两类。声波在介质中以一定速度传播，当遇到不同密度的介质分界面时，声波立即发生反射。水介式是将换能器安装在河底，垂直向水面发射超声波；气介式是将换能器固定在空气中某一高处，向水面发射超声波。四、电接点水位计。利用水的导电性，在有水或者无水状况下使两个接点间导通或者断开，为控制电路提供一个信号。两接点就是信号探头。如果在不同位置设置多个接点，就可采集不同水位的多个信号。五、跟踪式水位计。将不锈钢探针间的水电阻,接入电桥的一个臂,当水位变化而水电阻改变时,电桥即有正式负讯号输出,此讯号经电子放大器放大从而驱动可逆电动机,带动探针至原来的平面，根据电动机的转动可得水位的变化。但是，上述水位计的安装麻烦，机械式的可靠性不好，需要维护，在水中受水温、水压及水中浮悬粒子浓度影响，达不到理想的测量精度。

发明内容

本发明的目的在于通过一种水柱式电子水尺，来解决以上背景技术部分提到的问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种水柱式电子水尺，其包括负电源电路、启动恒流源电路、标定恒流源电路、测量恒流源电路、启动电极组、标定电极组、测量电极组及除法电路，其中，所述启动恒流源电路、标定恒流源电路及测量恒流源电路为三个相互独立且完全相同的恒流源电路；

所述负电源电路与启动恒流源电路、标定恒流源电路、测量恒流源电路、除法电路电性连接，用于为启动恒流源电路、标定恒流源电路、测量恒流源电路、除法电路供电；

所述启动恒流源电路与启动电极组电性连接，用于输出恒定的电流给启动电极组；所述启动电极组包括两个启动电压取样电极，两个启动电压取样电极相邻且相互绝缘；

所述标定恒流源电路与标定电极组电性连接，用于输出恒定的电流给标定电极组；所述标定电极组包括两个标定电极，两个标定电极分别设置于标准长度水柱两端；

所述测量恒流源电路与测量电极组电性连接，用于输出恒定的电流给测量电极组；所述测量电极组包括底电极和浮子电极，底电极设置于被测水柱的底端，浮子电极漂浮在被测定水柱表面；

所述除法电路与启动电极组、标定电极组、测量电极组电性连接，用于计算所述被测水柱的长度h，其中，h=（Vx-Vo）/（V-Vo）,Vo为通过启动电极组测得的启动电压，V为通过标定电极组测得的标准长度水柱电压，Vx为通过测量电极组测得的被测水柱电压。

特别地，所述除法电路选用除法器。

本发明提供的水柱式电子水尺通过被测水柱的电阻变化得出被测水柱电压变化，并根据被测水柱电压变化与标准长度水柱电压变化的比值，获得被测水柱长度。同时，考虑到两个电极距离非常接近时，电极之间会存在一个启动电压，本发明通过启动电极组测量两个电极的启动电压，在计算被测水柱长度时，消除了启动电压对测量精度的影响，从而提高了测量精度。与传统电子水尺相比，本发明安装简单，测量精度高，不受环境和水质的影响，可靠性高。

附图说明

图1为本发明实施例提供的水柱式电子水尺电路结构框图；

图2为本发明实施例提供的水柱式电子水尺内部结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。

请参照图1所示，本实施例中水柱式电子水尺包括负电源电路101、启动恒流源电路102、标定恒流源电路103、测量恒流源电路104、启动电极组105、标定电极组106、测量电极组107及除法电路108，其中，所述启动恒流源电路102、标定恒流源电路103及测量恒流源电路104为三个相互独立且完全相同的恒流源电路。

所述负电源电路101与启动恒流源电路102、标定恒流源电路103、测量恒流源电路104、除法电路108电性连接，用于为启动恒流源电路102、标定恒流源电路103、测量恒流源电路104、除法电路108供电。

所述负电源电路101产生一组负电源，为启动恒流源电路102、标定恒流源电路103、测量恒流源电路104、除法电路108提供各自所需电能。

所述启动恒流源电路102与启动电极组105电性连接，用于输出恒定的电流给启动电极组105。所述启动电极组105包括两个启动电压取样电极1051（由于两个电极距离较近，图2中仅示出了一个），如图2所示，两个启动电压取样电极1051相邻且相互绝缘。

水的导电基本符合欧姆定律，但也稍有不同，这就反映在启动电压Vo上。当两个电极距离非常接近时，电极之间会有一个固定电压即启动电压Vo，电极距离拉开时，电极电压的大小为：电流I*水柱电阻R+Vo。本发明通过启动恒流源电路102和启动电极组105测量电极间的启动电压Vo，消除了启动电压对测量精度的影响。

所述标定恒流源电路103与标定电极组106电性连接，用于输出恒定的电流给标定电极组106。所述标定电极组106包括两个标定电极。标定电极1061和标定电极1062分别设置于标准长度水柱两端，具体情况如图2所示。

所述测量恒流源电路104与测量电极组107电性连接，用于输出恒定的电流给测量电极组107，所述测量电极组107包括底电极1071和浮子电极1072。如图2所示，底电极1071设置于被测水柱的底端，浮子电极1072漂浮在被测定水柱表面。

所述除法电路108与启动电极组105、标定电极组106、测量电极组107电性连接，用于计算所述被测水柱的长度h，其中，h=（Vx-Vo）/（V-Vo）,Vo为通过启动电极组105测得的启动电压，V为通过标定电极组106测得的标准长度水柱电压，Vx为通过测量电极组107测得的被测水柱电压。

于本实施例，所述除法电路108选用除法器。需要说明的是，由于电子水尺为用户定长的部件，总长度不是一个确定的值，而输出电压总是控制在0-5V范围内。这样，电子水尺需要根据用户不同长度要求调整恒流源电路，以保证输出范围一定。对于上述被测水柱长度h计算公式：h=（Vx-Vo）/（V-Vo），此处的h为相对高度，即被测水柱相对标准水柱的长度，而标准水柱的实际长度H作为已知参数提供给用户，用户可根据标准水柱的实际长度H，通过公式h=H（Vx-Vo）/（V-Vo）计算出被测水柱的实际长度。在本实施例中H默认为一个标准值1。

本发明的技术方案通过被测水柱的电阻变化得出被测水柱电压变化，并根据被测水柱电压变化与标准长度水柱电压变化的比值，获得被测水柱长度。同时，考虑到两个电极距离非常接近时，电极之间会存在一个启动电压，本发明通过启动电极组测量两个电极的启动电压，在计算被测水柱长度时，消除了启动电压对测量精度的影响，从而提高了测量精度。与传统电子水尺相比，本发明安装简单，测量精度高，不受环境和水质的影响，可靠性高。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种水柱式电子水尺，其特征在于，包括负电源电路、启动恒流源电路、标定恒流源电路、测量恒流源电路、启动电极组、标定电极组、测量电极组及除法电路，其中，所述启动恒流源电路、标定恒流源电路及测量恒流源电路为三个相互独立且完全相同的恒流源电路；

所述负电源电路与启动恒流源电路、标定恒流源电路、测量恒流源电路、除法电路电性连接，用于为启动恒流源电路、标定恒流源电路、测量恒流源电路、除法电路供电；

所述启动恒流源电路与启动电极组电性连接，用于输出恒定的电流给启动电极组；所述启动电极组包括两个启动电压取样电极，两个启动电压取样电极相邻且相互绝缘；

所述标定恒流源电路与标定电极组电性连接，用于输出恒定的电流给标定电极组；所述标定电极组包括两个标定电极，两个标定电极分别设置于标准长度水柱两端；

所述测量恒流源电路与测量电极组电性连接，用于输出恒定的电流给测量电极组；所述测量电极组包括底电极和浮子电极，底电极设置于被测水柱的底端，浮子电极漂浮在被测定水柱表面；

所述除法电路与启动电极组、标定电极组、测量电极组电性连接，用于计算所述被测水柱的长度h，其中，h=（Vx-Vo）/（V-Vo）,Vo为通过启动电极组测得的启动电压，V为通过标定电极组测得的标准长度水柱电压，Vx为通过测量电极组测得的被测水柱电压。

2.根据权利要求1所述的水柱式电子水尺，其特征在于，所述除法电路选用除法器。