CN107202619A - 一种基于多次采样的容器沸水水位测量方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于多次采样的容器沸水水位测量方法及装置，该装置包括：蒸汽产生模块，监测模块，联通器，控制器；所述蒸汽产生模块包括：水箱，用于产生蒸汽；蒸汽出口；所述监测模块包括：传感器，包括水位传感器及温度传感器，用于监测水位高度及水温；缓冲区，为球型密封结构；所述蒸汽产生模块与监测模块通过所述联通器连接导通；所述控制器用于对传感器监测的数据进行处理分析。本发明结合单片机技术对水温和水位数据进行多次采样，并对采样数据进行合理值的选择，检测结果具有较高的准确性和稳定性；且检测装置成本低、运行可靠。

Description

一种基于多次采样的容器沸水水位测量方法及装置

技术领域

本发明涉及工业设备领域，尤其涉及一种基于多次采样的容器沸水水位测量方法及装置。

背景技术

水位检测装置在工业生产中应用非常广泛。以下为一些常用的的水位检测装置。

云母水位计是玻璃水位计的一种,属于直读式液位计。这种装置结构简单，使用方便，但是玻璃强度低，液位信号不能够远传和记录。而且机械设备在实际运行过程中受环境影响较大，可能产生的误差也相对大。

磁翻板液位计是根据浮力原理和磁性耦合作用研制而成。当被测容器中的液位升降时，液位计本体管中的磁性浮子也随之升降，浮子内的永久磁钢通过磁耦合传递到磁翻柱指示器，驱动红、白翻柱翻转180°，当液位上升时翻柱由白色转变为红色，当液位下降时翻柱由红色转变为白色，指示器的红白交界处为容器内部液位的实际高度，从而实现液位清晰的指示。但是这种装置在运用中仍存在以下缺点：

1.没有解决测量误差大的问题，由于水位的波动会使测量水位产生较大波动。

2.因为原材料水并不是纯净水，装置在长时间蒸馏过程中结垢，导致浮标卡涩和翻版不灵活，造成错误指示。

3.高温环境不容易退磁，仪器寿命不能得到保证。

激光液位计采用光导纤维作为信号传输媒介使测量现场原离电信号，采用激光进行锅炉的液位测量。这种方式安全、测量精度高，易于实现，而且光纤探头不受温度、湿度、静电等因素影响，但是这种测量方式容易产生频率偏移，而且容器内部蒸汽的折射频率以及气体对激光的散射和吸收对测量结果产生影响。最重要的是这种仪器精密复杂，造价昂贵、维护困难，很少运用在工厂中。

由此可见，不管是云母水位计还是激光测位计都不能满足现在工业的需求，其中的设备都不免出现测量误差，在容器蒸馏过程中，应该开发一种水位检测准确的测量装置。

发明内容

针对上述现有技术的现状，本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于多次采样的容器沸水水位测量方法及装置。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：

一种基于多次采样的容器沸水水位测量装置，包括：蒸汽产生模块，监测模块，联通器，控制器；

所述蒸汽产生模块包括：水箱，用于产生蒸汽；蒸汽出口；

所述监测模块包括：传感器，包括水位传感器及温度传感器，用于监测水位高度及水温；缓冲区，为球型密封结构；

所述蒸汽产生模块与监测模块通过所述联通器连接导通；

所述控制器用于对传感器监测的数据进行处理分析。

进一步地，所述联通器用于维持所述蒸汽产生模块与监测模块压强平衡，以保持所述蒸汽产生模块与监测模块的水位高度一致。

进一步地，所述控制器为STM32F1系列单片机。

一种基于多次采样的容器沸水水位测量方法，包括：

S1.传感器实时监测多个水位高度数据及水温数据，并将所述多个监测数据发送至控制器；

S2.控制器对所述多个水位高度数据及水温数据进行处理分析。

进一步地，步骤S2中，水位高度数据处理过程具体为：

A1.判断水位高度数据数量是否达到预设数量值，若是，则执行下一步；

A2.对所述水位高度数据进行大小排序，去掉最大值及最小值；

A3.计算剩余水位高度数据平均值。

进一步地，步骤S2中，水温数据处理过程具体为：

B1.判断水温数据数量是否达到预设数量值，若是，则执行下一步；

B2.对所述水温数据进行大小排序，去掉最大值及最小值；

B3.计算剩余水温数据平均值；

B4.判断所述水温数据平均值是否大于预设温度值，若是，则对所述水温数据平均值进行误差处理。

进一步地，步骤B4中，所述误差处理具体为：

C1.将所述水温数据平均值按照以下公式进行误差计算：

H＝h*0.04342；

其中，h为所述水温数据平均值；

H为所述水温数据平均值进行误差处理后得到的水温数据；

C2.对所述进行误差处理后得到的水温数据进行线性拟合处理。

进一步地，还包括：

S3.将处理分析后的水位高度数据及水温数据发送至计算机，以便对容器内的水位高度值及水温值进行远程监视。

进一步地，还包括：

S4.将水位高度数据发送至容器显示模块，用于实时显示水位高度。

进一步地，还包括：

当容器中水位高度超过预设最高水位值时，或者，当容器中水位高度低于预设最低水位值时，自动开启警报功能。

本发明优点在于：

1)结合单片机技术对水温和水位数据进行多次采样，并对采样数据进行合理值的选择，检测结果具有较高的准确性和稳定性；

2)检测装置成本低、运行可靠。

附图说明

图1为本发明一种基于多次采样的容器沸水水位测量装置结构图；

图2为本发明一种基于多次采样的容器沸水水位测量方法流程图；

图3为本发明水位高度数据处理过程流程图；

图4为本发明水温数据处理过程流程图；

图5为本发明误差处理流程图。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

本发明结合了单片机技术对水温和水位数据进行了多次采样，并对采样数据进行合理值的选择，舍弃了变化幅度较大的波动值后求剩余数据的平均数使采样数据更为合理。同时考虑了温度对水体积的影响，通过对水温、水位两个元素的综合处理计算出的水位更加准确。

本发明已经建立了一套完整的容器沸水水位检测方法，在水位检测上具有较高的准确性和稳定性，而且这套检测装置成本低、运行可靠，满足市场的需要。

图1为本发明一种基于多次采样的容器沸水水位测量装置结构图，该装置包括：蒸汽产生模块100，监测模块200，联通器300，控制器400；

所述蒸汽产生模块100包括：水箱110，用于产生蒸汽；蒸汽出口120；

所述监测模块200包括：传感器210，包括水位传感器211及温度传感器212，用于监测水位高度及水温；缓冲区220，为球型密封结构；

所述蒸汽产生模块100与监测模块200通过所述联通器300连接导通；

所述控制器400用于对传感器监测的数据进行处理分析。

所述联通器用于维持所述蒸汽产生模块与监测模块压强平衡，以保持所述蒸汽产生模块与监测模块的水位高度一致。

所述控制器为STM32F1系列单片机。

本发明使用了STM32F1系列单片机作为控制器，该单片机的基本介绍如下：

STM32F1系列单片机搭载Cortex-M3微处理器，是现在主流的32位微处理器。其时钟频率高达72M，这已经能够满足工业的基本运算需求。该单片机内部资源丰富，有84个中断，所有的引脚都可作为中断输入，其内部集成的16位高精度ADC可以直接对电压量进行采集。STM32F1系列还集成了UART、IIC等通信端口，可以与其他设备进行直接通信。并且STM32的功耗极低，在全速状态下仅消耗36毫安电流，这个功耗在工业大功率的背景下都可以忽略不计。

本发明硬件部分其原理分别如下:

为了解决水位检测问题，设计了如图1的硬件装置(加热装置未画出)，整个装置除蒸汽出口外全部密闭，避免在蒸汽过程中因为封闭问题产生泄露，浪费水资源。

图1左半部分是蒸汽的水箱，是产生蒸汽的部分，左上方为蒸汽出口；

图1右半部份是监测部分，右下方的传感器包括水位传感器和温度传感器，实时监测容器内部的水位及水温。

检测部分右上方为球型密闭缓冲区。

整体设备左右方通过联通器导通，可以将蒸汽锅炉与检测部分均压，保证两部分上方均压，防止因为气压不平衡致使两侧水位不在同一水平线上而产生误差。

图2为本发明一种基于多次采样的容器沸水水位测量方法流程图，该方法包括：

S1.传感器实时监测多个水位高度数据及水温数据，并将所述多个监测数据发送至控制器；

S2.控制器对所述多个水位高度数据及水温数据进行处理分析。

S3.将处理分析后的水位高度数据及水温数据发送至计算机，以便对容器内的水位高度值及水温值进行远程监视。

S4.将水位高度数据发送至容器显示模块，用于实时显示水位高度。

当容器中水位高度超过预设最高水位值时，或者，当容器中水位高度低于预设最低水位值时，自动开启警报功能。

图3为步骤S2中水位高度数据处理过程流程图，具体为：

A1.判断水位高度数据数量是否达到预设数量值，若是，则执行下一步；

本发明中，设置预设水位高度数量值为10。

A2.对所述水位高度数据进行大小排序，去掉最大值及最小值；

A3.计算剩余水位高度数据平均值。

图4为步骤S2中水温数据处理过程流程图，具体为：

B1.判断水温数据数量是否达到预设数量值，若是，则执行下一步；

本发明中，设置预设水温数量值为10。

B2.对所述水温数据进行大小排序，去掉最大值及最小值；

B3.计算剩余水温数据平均值；

B4.判断所述水温数据平均值是否大于预设温度值，若是，则对所述水温数据平均值进行误差处理。

本发明中，设置预设温度值为50℃。

由于水的体积在加热的过程中会有膨胀现象(大于4℃)，在室温情况下加入的水体积会在加热后产生明显的升高，根据资料显示水在100℃时相对于4℃其膨胀系数为0.04342，所以在进行数据处理的时候必须考虑加水前后的高度变化，本发明中，当水温数据平均值大于预设温度值时，对所述水温数据平均值进行误差处理。

图5为步骤B4中误差处理流程图，具体为：

C1.将所述水温数据平均值按照以下公式进行误差计算：

H＝h*0.04342；

其中，h为所述水温数据平均值；

H为所述水温数据平均值进行误差处理后得到的水温数据；

C2.对所述进行误差处理后得到的水温数据进行线性拟合处理。

经处理后的H与实际水位值相近，此时再对H进行线性拟合处理，此时的值比H更接近实际水位。

本发明结合了单片机技术对水温和水位数据进行了多次采样，并对采样数据进行合理值的选择，舍弃了变化幅度较大的波动值后求剩余数据的平均数使采样数据更为合理。同时考虑了温度对水体积的影响，通过对水温、水位两个元素的综合处理计算出的水位更加准确。

本发明已经建立了一套完整的容器沸水水位检测方法，在水位检测上具有较高的准确性和稳定性，而且这套检测装置成本低、运行可靠，满足市场的需要。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种基于多次采样的容器沸水水位测量装置，其特征在于，包括：蒸汽产生模块，监测模块，联通器，控制器；

所述蒸汽产生模块包括：水箱，用于产生蒸汽；蒸汽出口；

所述监测模块包括：传感器，包括水位传感器及温度传感器，用于监测水位高度及水温；缓冲区，为球型密封结构；

所述蒸汽产生模块与监测模块通过所述联通器连接导通；

所述控制器用于对传感器监测的数据进行处理分析。

2.如权利要求1所述的一种基于多次采样的容器沸水水位测量装置，其特征在于，所述联通器用于维持所述蒸汽产生模块与监测模块压强平衡，以保持所述蒸汽产生模块与监测模块的水位高度一致。

3.如权利要求1所述的一种基于多次采样的容器沸水水位测量装置，其特征在于，所述控制器为STM32F1系列单片机。

4.一种基于多次采样的容器沸水水位测量方法，其特征在于，包括：

S1.传感器实时监测多个水位高度数据及水温数据，并将所述多个监测数据发送至控制器；

S2.控制器对所述多个水位高度数据及水温数据进行处理分析。

5.如权利要求4所述的一种基于多次采样的容器沸水水位测量方法，其特征在于，步骤S2中，水位高度数据处理过程具体为：

A1.判断水位高度数据数量是否达到预设数量值，若是，则执行下一步；

A2.对所述水位高度数据进行大小排序，去掉最大值及最小值；

A3.计算剩余水位高度数据平均值。

6.如权利要求4所述的一种基于多次采样的容器沸水水位测量方法，其特征在于，步骤S2中，水温数据处理过程具体为：

B1.判断水温数据数量是否达到预设数量值，若是，则执行下一步；

B2.对所述水温数据进行大小排序，去掉最大值及最小值；

B3.计算剩余水温数据平均值；

B4.判断所述水温数据平均值是否大于预设温度值，若是，则对所述水温数据平均值进行误差处理。

7.如权利要求6所述的一种基于多次采样的容器沸水水位测量方法，其特征在于，步骤B4中，所述误差处理具体为：

C1.将所述水温数据平均值按照以下公式进行误差计算：

H＝h*0.04342；

其中，h为所述水温数据平均值；

H为所述水温数据平均值进行误差处理后得到的水温数据；

C2.对所述进行误差处理后得到的水温数据进行线性拟合处理。

8.如权利要求4所述的一种基于多次采样的容器沸水水位测量方法，其特征在于，还包括：

S3.将处理分析后的水位高度数据及水温数据发送至计算机，以便对容器内的水位高度值及水温值进行监视。

9.如权利要求4所述的一种基于多次采样的容器沸水水位测量方法，其特征在于，还包括：

S4.将水位高度数据发送至容器显示模块，用于实时显示水位高度。

10.如权利要求9所述的一种基于多次采样的容器沸水水位测量方法，其特征在于，还包括：

当容器中水位高度超过预设最高水位值时，或者，当容器中水位高度低于预设最低水位值时，自动开启警报功能。