CN107478295A - 一种在电容式液位传感器中取得液位数据的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在电容式液位传感器中取得液位数据的方法，包括如下步骤：测量放入待测液体中的所述液位传感器的电容值，包括第一电容值和第二电容值；判断测得的所述第一电容值是否大于设定的第一阈值，如是，执行下一步骤；否则，使用当前满位电容值与取得的所述第二电容值比较，计算当前液体的液位值；将得到的第二电容值作为当前满位电容值，分别与所述第一电容值和第二电容值之和比较，得到经过校准的当前液位值。本发明还涉及一种实现上述方法的装置。实施本发明的一种在电容式液位传感器中取得液位数据的方法及装置，具有以下有益效果：其测量精度较高、校正操作较为简单。

Description

一种在电容式液位传感器中取得液位数据的方法及装置

技术领域

本发明涉及液位传感器，更具体地说，涉及一种在电容式液位传感器中取得液位数据的方法及装置。

背景技术

对于现有的电容式液位传感器而言，由于其采用的通常是一个连续的内芯的结构，也就是说，现有的电容式液位传感器的内芯是不分段的，一个整体的内芯和外壳构成一个电容，液位由零到满都是这一个电容进行测量，依据该电容的当前电容值，与事先写入的满位(即液体完全淹没该传感器的传感部分)电容值比较，得到当前的液位值。但是在这种情况下，由于加入液体的多变性，加上长期使用带来的一些变化，例如，包裹在绝缘棒外表的铜箔被腐蚀、氧化等等，会造成电容值的变化，进而为测量带来误差，从而使得测量结果不可靠，影响该电容式液位传感器的使用。也可以采取一定的方法，在一定程度上消除或减轻上述误差，但是这样的方法需要将传感器拆出使用场合，单独校正并重新写入满位电容。因此，对于现有技术中的电容式液位传感器而言，其测量精度较差、校正操作较为复杂。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述测量精度较差、校正操作较为复杂的缺陷，提供一种测量精度较高、校正操作较为简单的一种在电容式液位传感器中取得液位数据的方法及装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种在电容式液位传感器中取得液位数据的方法，包括如下步骤：

A)取得该液位传感器的初始电容值，包括该传感器的电容中填充空气是的零位电容值和该传感器的电容中填充标准液体时的初始满位电容值；

B)测量放入待测液体中的所述液位传感器的电容值，包括第一电容值和第二电容值；

C)判断测得的所述第一电容值是否大于设定的第一阈值，如是，执行下一步骤；否则，使用当前满位电容值与取得的所述第二电容值比较，计算当前液体的液位值；

D)将得到的第二电容值作为当前满位电容值，分别与所述第一电容值和第二电容值之和比较，得到经过校准的当前液位值；

其中，所述电容传感器为两段式电容传感器，其包括设置在同一直线上、通过绝缘的连接件连接的内芯段，以及绝缘地、相距设定距离地套接在所述内芯外部的一个外壳；所述内芯被绝缘固定件固定在所述外壳内，所述外壳焊接在一个法兰盘的一面；每个内芯段分别与所述外壳构成一个电容；靠近所述法兰盘的内芯段形成的电容为第一电容，远离所述法兰盘的内芯段形成的电容为第二电容。

更进一步地，所述第一阈值包括所述初始电容值中的一个电容中填充空气时的零位电容值。

更进一步地，在执行步骤D)之后，还包括如下步骤：

E)比较得到的第二电容值与事先存储的至少一个标准值，并判断二者之间的差值是否大于设定的第二阈值，如是，产生并发出告警信号，提示当前液体纯度不够。

更进一步地，所述标准值包括一个电容中填充标准液体或油料时取得的电容值；所述第二阈值包括一个预先设定的百分比值。

更进一步地，所述标准值包括多个在一个电容中填充混杂有不同比例的水的标准液体或油料时取得的电容值，根据所述第二电容值在所述标准值划出的范围内的位置，给出所述液体或油料含杂质的比例。

更进一步地，所述步骤D)中进一步包括如下步骤：

D1)将得到的第二电容值写入所述当前满位电容值的存储位置，覆盖该存储位置中的数据；

D2)将所述第一电容值与所述满位电容值比较，得到本次测量中第一电容检测到的第一液位值；

D3)取得所述第二电容检测到的、对应于其满位电容值的第二液位值，使其与所述第一液位值相加，得到本次检测的总的液位值。

本发明还涉及一种实现上述方法的装置，包括：

初始值取得单元：用于取得该液位传感器的初始电容值，包括该传感器的电容中填充空气是的零位电容值和该传感器的电容中填充标准液体时的初始满位电容值；

电容值测量单元：用于测量放入待测液体中的所述液位传感器的电容值，包括第一电容值和第二电容值；

判断单元：用于判断测得的所述第一电容值是否大于设定的第一阈值，如是，调用满位电容值替换单元；否则，使用所述初始满位电容值作为当前满位电容值，与取得的所述第二电容值比较，计算当前液体的液位值，并标注该值为未校准值；

满位电容值替换单元：用于将得到的第二电容值作为当前满位电容值，分别与所述第一电容值和第二电容值之和比较，得到经过校准的当前液位值；

其中，所述电容传感器为两段式电容传感器，其包括设置在同一直线上、通过绝缘的连接件连接的内芯段，以及绝缘地、相距设定距离地套接在所述内芯外部的一个外壳；所述内芯被绝缘固定件固定在所述外壳内，所述外壳焊接在一个法兰盘的一面；每个内芯段分别与所述外壳构成一个电容；靠近所述法兰盘的内芯段形成的电容为第一电容，远离所述法兰盘的内芯段形成的电容为第二电容。

更进一步地，还包括：

告警信号产生单元：用于比较得到的第二电容值与事先存储的至少一个标准值，并判断二者之间的差值是否大于设定的第二阈值，如是，产生并发出告警信号，提示当前液体纯度不够。

更进一步地，所述标准值包括一个电容中填充标准液体或油料时取得的电容值；所述第二阈值包括一个预先设定的百分比值。

更进一步地，所述满位电容值替换单元进一步包括：

写入模块：用于将得到的第二电容值写入所述当前满位电容值的存储位置，覆盖该存储位置中的数据；

第一液位值取得模块：用于将所述第一电容值与所述满位电容值比较，得到本次测量中第一电容检测到的第一液位值；

求和模块：用于取得所述第二电容检测到的、对应于其满位电容值的第二液位值，使其与所述第一液位值相加，得到本次检测的总的液位值。

实施本发明的一种在电容式液位传感器中取得液位数据的方法及装置，具有以下有益效果：由于本实施例中的电容式液位传感器的内芯采用两段式结构，于是，这两段内芯分别与外壳形成两个电容；由于这两个电容在垂直高度上处于不同的位置，且位于同一条直线上，所以，只要分别计算这两个电容的容置就能够得到分别淹没这两个电容的液位值，将二者相加就是整个液体的液位值；同时，由于这两个电容的结构相同，其满位容置也是相同的，因此，这两个电容的满位容值可以相互校正。这样，在对液位值进行校正就非常简单，使液体淹没两个电容即可。在车辆油箱的使用场景中，只要加满油，就能进行校正。因此，其测量精度较高、校正操作较为简单。

附图说明

图1是本发明一种在电容式液位传感器中取得液位数据的方法及装置实施例中其方法的操作流程图；

图2是所述实施例中采用的电容式液位传感器的内芯结构示意图；

图3是所述实施例中装置结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明实施例作进一步说明。

如图1所示，在本发明的一种在电容式液位传感器中取得液位数据的方法及装置实施例中，该方法包括如下步骤：

步骤S11取得初始电容值，包括零位值和满位值：在本实施例中，其方法适用于具有如下结构的电容式液位传感器，该传感器的感应部分有具有同心结构的、其间具有相同的设定距离的电极组成，外壳作为一个电极，而内芯则被分为两段，两段之间通过绝缘材料制成的连接件连接在一起，两段的尺寸一致且分别通过引出线作为两外一个电极，这样，内芯的两段分别与外壳构成两个电容，这两个电容的参数基本一致，仅其在传感器中的位置有所不同。请参见图2，在图2中，内芯包括独立的、由绝缘材料构成的连接件13绝缘地连接在一起的内芯上段11和内芯下段12，连接后的内芯上段11和内芯下段12的长度方向上的轴线重合，成为一条直线；内芯上段11和内芯下段12分别通过穿过所述内芯中间的通孔的连接线16连接到测量部分的不同测量端上，作为电容的一个电极。总之，在本实施例中，上述电容式传感器包括设置在同一直线上、通过绝缘的连接件连接的内芯段，以及绝缘地、相距设定距离地套接在所述内芯外部的一个外壳；所述内芯被绝缘固定件固定在所述外壳内，外壳焊接在一个法兰盘(用于该传感器的安转，例如，安装在车辆油箱上)的一面；每个内芯段分别与所述外壳构成一个电容；靠近所述法兰盘的内芯段形成的电容为第一电容，远离所述法兰盘的内芯段形成的电容为第二电容。在图2中，内芯上段11形成的电容是第一电容，内芯下段12形成的电容为第二电容。以安装在汽车油箱上为例，靠近油箱底部的是第二电容，靠近油箱顶部的是第二电容。在本步骤中，当上述传感器安装到位，开始工作时，首先要取出实现存储的、该传感器或该类型传感器的初始电容值，即事先测得的上述电容的电容中填充空气是的零位电容值和该传感器的电容中填充标准液体时的初始满位电容值；并将该初始满位电容值作为当前满位电容值。这是由于整个系统还没有开始工作，系统中并没有当前满位电容值，因此，将该电容式液位传感器事先在标准液体(例如，标准的汽油或柴油)中测得的初始满位电容值作为当前满位电容值。值得一提的是，在本实施例中，本步骤并不是任何时候都执行的，仅仅是在上电、开始工作等情况下，才会执行本步骤；如果该传感器一直在工作，仅仅是开始一个测量周期或一次测量，则不需要执行本步骤、

步骤S12测得两个电容的当前电容值，包括第一电容值和第二电容值：在本步骤中，测量已经放入待测液体中的所述液位传感器的电容值，包括第一电容值和第二电容值；也就是说，在执行本在步骤时，由于上述两个电容在电路形式上是独立的，所以，分别测试并得到上述两个电容的电容值，该电容值是和该电容式液位传感器进入液体的液面位置是相关的。

步骤S13判断第一电容值是否大于第一阈值，如是，执行步骤S13；否则，跳转到步骤S16：在本在步骤中，实际上是利用已经取得电容值对液面位置进行初步判断，根据不同的电容值采取不同的计算方法，并在条件允许的情况下，修正测量结果。对于本实施例中的电容式液位传感器而言，在实际的使用过程中，只有液位已经没过上述内芯下段12的顶部时，才会淹没上述内芯上段11，不管是全部处于液面之下或是部分处于液面之下，上述内芯上段11构成的电容测得的电容值都不会与该内芯上段11完全处于液面之上的电容值相同；同样地，不管内芯上段11是全部处于液面之下或是部分处于液面之下，此时，内芯下段12的电容值也不会变化，因为这种情况下上述内芯下段12是全部处于液面之下的。因此，在本步骤中，只要比较第一电容值(内芯上段11构成电容的当前容值)是否大于第一阈值，就能够判断上述第一电容的容置是否需要加入液面的计算中；此时，上述的第一阈值就是内芯上段11在没有被淹没在液面下的电容值。由于在本实施例中两个电容的尺寸形状完全相同，所以，上述第一阈值就是初始的零位电容值。如果第一电容值不大于上述第一阈值，则表明第一电容并没有处于液位之下，即液位还没有触及第一电容，所以，其电容值不需要加入计算液面位置，仅用第二电容的电容值即可；如果相反，则表明不仅需要考虑淹没第一电容的那部分液位，还表示可以取得电容在当前情况下下的满位电容值，因为此时第二电容肯定已经全部处于液面之下，其电容值就是当前的满位电容值。值得一提的是，如果是系统才开始工作，在上述第一电容完全处于液位之上的情况下，上述当前满位电容值是初始的满位电容值，此时，得到的液位值是未校正的，可能是不准确的。

步骤S14将第二电容值作为当前满位值：在本在步骤中，将得到的第二电容值作为当前满位电容值，覆盖之前的满位电容值的数据。

步骤S15计算两个电容对应的液位值并得到当前液位值：在本步骤中，由于当前液面已经超过上述第二电容，并淹没第一电容的一部分或全部，所以，需要将两个电容的电容值都进行计算，分别得出其对应的液位值，将其相加，得到当前液位值。具体来讲，在本步骤中，将得到的第二电容值写入所述当前满位电容值的存储位置，覆盖该存储位置中的数据；然后将所述第一电容值与所述满位电容值比较，得到本次测量中第一电容检测到的第一液位值；再取得所述第二电容检测到的、对应于其满位电容值的第二液位值，使其与所述第一液位值相加，得到本次检测的总的液位值。

步骤S16保持当前满位值，并计算第二电容对应的液位值，得到当前液位值：在本步骤中，由于当前液位还没有触及上述第一电容，因此，只要计算第二电容的电容值对应的液位值，即能够得到总的液位值。在本步骤中，上述当前满位值(满位电容值)可以是初始的满位电容值也可以是之前步骤中已经替换过的满位电容值，这样视当前的测试是否刚开始而定。

请参见图2，在本实施例中，对于同心的电容器而言，其两个电极(上述外壳和内芯)之间的同心程度以及二者之间填充介质的距离都是非常重要的参数，同时由于使用在车辆这一较为特殊的适用场合，必须要考虑由于颠簸可能带来的部件移位问题，因此，在本实施例中，所述感应部分还包括设置在所述内芯外部的、用于使所述内芯的外表面和所述外壳的内表面保持设定距离并处于同心位置的绝缘护管17，所述绝缘护管17为绝缘材料制成的中空的圆柱形管。在装配时，先将上述连接后的内芯放入上述绝缘护管17中，然后再将上述绝缘护管17放入外壳中。此外，为了将上述内芯在上述绝缘护管17中的位置固定，在本实施例中，还包括用于将所述内芯固定在所述绝缘护管17上、并保持的绝缘固定件(14、15)，所述绝缘固定件包括用于放置到所述内芯上段11远离所述内芯下段12的一端(即内芯上段11的顶端)中的管道或通孔中的顶部紧固件14和设置在所述顶部紧固件14上端、使所述内芯固定在所述绝缘护管17上的固定帽15。在装配时，先将上述顶部紧固件14插入已经放置在上述绝缘护套17中的内芯上段11的顶部管道中。然后在使用上述固定帽15将其固定在上述绝缘护套17上，使得整个内芯和绝缘护套17成为一体。同样地，在本实施例中，上述内芯上段11和内芯下段12与上述测量部分的连接线16，也是从上述绝缘固定件长度方向设置的过线孔向上引出的，即在上述顶部固定件14和固定帽15的长度方向的轴线上，均设置有过线孔。此外，在某种意义上来讲，上述绝缘护管17也可以认为是一个绝缘固定件的一部分。因此广义上的绝缘固定件还可以包括绝缘护套17。

在本实施例，当该电容式液面传感器用于汽车油箱时，在执行了上述步骤S15后，还可以执行如下步骤：比较得到的第二电容值与事先存储的至少一个标准值，并判断二者之间的差值是否大于设定的第二阈值，如是，产生并发出告警信号，提示当前液体纯度不够。所述标准值包括一个电容中填充标准液体或油料时取得的电容值；所述第二阈值包括一个预先设定的百分比值。所述标准值包括多个在一个电容中填充混杂有不同比例的水的标准液体或油料时取得的电容值，根据所述第二电容值在所述标准值划出的范围内的位置，给出所述液体或油料含杂质的比例。在本实施例，采用上述方法可以有效地对低劣的油品提出告警信号，使得使用人员能够及时发现加油站提供的油品存在的质量问题，从而避免下次再加到这样的油料。在本实施例中，如果一个电容没有被液面完全淹没，则不能通过其电容值判断油品的质量问题，但是当一个电容完全被淹没时，对于同样的油料来讲，其满位电容是固定的；当油料的浓度发生变化时，即使其他不变，其电容值也会跟随改变，当前常见的作假手段是向纯净的油料中加水来冒充，这就足以导致一个电容的满位电容值发生改变。在本实施例中，上述标准值就是标准油料(纯净的油料)淹没上述传感器中一个电容时，该电容的满位电容值，如果一个电容被淹没，且其满位电容值与上述标准值不同，并且相差超过第二阈值时，基本上可以断定上述油料是存在一定问题的。因此发出告警信号，提醒使用人员注意。更进一步地，上述标准值也可以不是一个值，而是事先测量、取得并存储的一系列的值，这些值对应了纯净的油料在加入不同比例的水时，得到的一个电容的满位电容值，这样，就可以根据当前的第二电容的满位电容值在这些标准值之间的位置，大致地判定加入的油料被加入水的比例。

本实施例还涉及一种实现上述方法的装置。如图3所示，该装置包括：初始值取得单元1、电容值测量单元2、判断单元3、满位电容值替换单元4以及告警信号产生单元5；其中，初始值取得单元1用于取得该液位传感器的初始电容值，包括该传感器的电容中填充空气是的零位电容值和该传感器的电容中填充标准液体时的初始满位电容值；电容值测量单元2用于测量放入待测液体中的所述液位传感器的电容值，包括第一电容值和第二电容值；判断单元3用于判断测得的所述第一电容值是否大于设定的第一阈值，如是，调用满位电容值替换单元；否则，使用所述初始满位电容值作为当前满位电容值，与取得的所述第二电容值比较，计算当前液体的液位值，并标注该值为未校准值；满位电容值替换单元4用于将得到的第二电容值作为当前满位电容值，分别与所述第一电容值和第二电容值之和比较，得到经过校准的当前液位值；告警信号产生单元5用于比较得到的第二电容值与事先存储的至少一个标准值，并判断二者之间的差值是否大于设定的第二阈值，如是，产生并发出告警信号，提示当前液体纯度不够。

其中，所述电容传感器为两段式电容传感器，其包括设置在同一直线上、通过绝缘的连接件连接的内芯段，以及绝缘地、相距设定距离地套接在所述内芯外部的一个外壳；所述内芯被绝缘固定件固定在所述外壳内，所述外壳焊接在一个法兰盘的一面；每个内芯段分别与所述外壳构成一个电容；靠近所述法兰盘的内芯段形成的电容为第一电容，远离所述法兰盘的内芯段形成的电容为第二电容。所述标准值包括一个电容中填充标准液体或油料时取得的电容值；所述第二阈值包括一个预先设定的百分比值。

而满位电容值替换单元4进一步包括：写入模块41用于将得到的第二电容值写入所述当前满位电容值的存储位置，覆盖该存储位置中的数据；第一液位值取得模块42用于将所述第一电容值与所述满位电容值比较，得到本次测量中第一电容检测到的第一液位值；求和模块43用于取得所述第二电容检测到的、对应于其满位电容值的第二液位值，使其与所述第一液位值相加，得到本次检测的总的液位值。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种在电容式液位传感器中取得液位数据的方法，其特征在于，包括如下步骤：

A)取得该液位传感器的初始电容值，包括该传感器的电容中填充空气是的零位电容值和该传感器的电容中填充标准液体时的初始满位电容值；

B)测量放入待测液体中的所述液位传感器的电容值，包括第一电容值和第二电容值；

C)判断测得的所述第一电容值是否大于设定的第一阈值，如是，执行下一步骤；否则，使用当前满位电容值与取得的所述第二电容值比较，计算当前液体的液位值；

D)将得到的第二电容值作为当前满位电容值，分别与所述第一电容值和第二电容值之和比较，得到经过校准的当前液位值；

其中，所述电容传感器为两段式电容传感器，其包括设置在同一直线上、通过绝缘的连接件连接的内芯段，以及绝缘地、相距设定距离地套接在所述内芯外部的一个外壳；所述内芯被绝缘填充件固定在所述外壳内，所述外壳焊接在一个法兰盘的一面；每个内芯段分别与所述外壳构成一个电容；靠近所述法兰盘的内芯段形成的电容为第一电容，远离所述法兰盘的内芯段形成的电容为第二电容。

2.根据权利要求1所述的在电容式液位传感器中取得液位数据的方法，其特征在于，所述第一阈值包括所述初始电容值中的一个电容中填充空气时的零位电容值。

3.根据权利要求2所述的在电容式液位传感器中取得液位数据的方法，其特征在于，在执行步骤D)之后，还包括如下步骤：

E)比较得到的第二电容值与事先存储的至少一个标准值，并判断二者之间的差值是否大于设定的第二阈值，如是，产生并发出告警信号，提示当前液体纯度不够。

4.根据权利要求3所述的在电容式液位传感器中取得液位数据的方法，其特征在于，所述标准值包括一个电容中填充标准液体或油料时取得的电容值；所述第二阈值包括一个预先设定的百分比值。

5.根据权利要求3所述的在电容式液位传感器中取得液位数据的方法，其特征在于，所述标准值包括多个在一个电容中填充混杂有不同比例的水的标准液体或油料时取得的电容值，根据所述第二电容值在所述标准值划出的范围内的位置，给出所述液体或油料含杂质的比例。

6.根据权利要求4或5所述的在电容式液位传感器中取得液位数据的方法，其特征在于，所述步骤D)中进一步包括如下步骤：

D1)将得到的第二电容值写入所述当前满位电容值的存储位置，覆盖该存储位置中的数据；

D2)将所述第一电容值与所述满位电容值比较，得到本次测量中第一电容检测到的第一液位值；

D3)取得所述第二电容检测到的、对应于其满位电容值的第二液位值，使其与所述第一液位值相加，得到本次检测的总的液位值。

7.一种实现如权利要求1中所述的在电容式液位传感器中取得液位数据方法的装置，其特征在于，包括：

初始值取得单元：用于取得该液位传感器的初始电容值，包括该传感器的电容中填充空气是的零位电容值和该传感器的电容中填充标准液体时的初始满位电容值；

电容值测量单元：用于测量放入待测液体中的所述液位传感器的电容值，包括第一电容值和第二电容值；

判断单元：用于判断测得的所述第一电容值是否大于设定的第一阈值，如是，调用满位电容值替换单元；否则，使用所述初始满位电容值作为当前满位电容值，与取得的所述第二电容值比较，计算当前液体的液位值，并标注该值为未校准值；

满位电容值替换单元：用于将得到的第二电容值作为当前满位电容值，分别与所述第一电容值和第二电容值之和比较，得到经过校准的当前液位值；

其中，所述电容传感器为两段式电容传感器，其包括设置在同一直线上、通过绝缘的连接件连接的内芯段，以及绝缘地、相距设定距离地套接在所述内芯外部的一个外壳；所述内芯被绝缘固定件固定在所述外壳内，所述外壳焊接在一个法兰盘的一面；每个内芯段分别与所述外壳构成一个电容；靠近所述法兰盘的内芯段形成的电容为第一电容，远离所述法兰盘的内芯段形成的电容为第二电容。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，还包括：

告警信号产生单元：用于比较得到的第二电容值与事先存储的至少一个标准值，并判断二者之间的差值是否大于设定的第二阈值，如是，产生并发出告警信号，提示当前液体纯度不够。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述标准值包括一个电容中填充标准液体或油料时取得的电容值；所述第二阈值包括一个预先设定的百分比值。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述满位电容值替换单元进一步包括：

写入模块：用于将得到的第二电容值写入所述当前满位电容值的存储位置，覆盖该存储位置中的数据；

第一液位值取得模块：用于将所述第一电容值与所述满位电容值比较，得到本次测量中第一电容检测到的第一液位值；

求和模块：用于取得所述第二电容检测到的、对应于其满位电容值的第二液位值，使其与所述第一液位值相加，得到本次检测的总的液位值。