CN108572021A - 智能双浮子液位计 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能双浮子液位计，本液位计包括采集控制模块、接线盒、中空导杆、第一磁性浮子、第二磁性浮子和电阻液位条，中空导杆通过法兰设于接线盒底面，采集控制模块设于接线盒内，第一磁性浮子和第二磁性浮子分别套入中空导杆并且在两个液位界面的推动下沿中空导杆升降，电阻液位条设于中空导杆内并且信号输出端连接采集控制模块的信号输入端。本液位计可同时连续测量两个分界液面的液位值，提高测量精确和范围，降低设备成本，并且方便与控制系统的集成。

Description

智能双浮子液位计

技术领域

本发明涉及一种智能双浮子液位计。

背景技术

针对液位计，目前的连续性浮球液位计都是单浮球的，液位开关虽然有多浮球的，但是每个浮球的活动范围有限，只能起到监视报警的功能，不能实时地显示液面高度的变化。在处理需要同时监测两个液位高度的需求时，通常采用集成了两个液位计的装置来实现双液位的测量，如此提高了液位测量的成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种智能双浮子液位计，本液位计可同时连续测量两个分界液面的液位值，提高测量精确和范围，降低设备成本，并且方便与控制系统的集成。

为解决上述技术问题，本发明智能双浮子液位计包括采集控制模块、接线盒、中空导杆、第一磁性浮子、第二磁性浮子和电阻液位条，所述中空导杆通过法兰设于所述接线盒底面，所述采集控制模块设于所述接线盒内，所述第一磁性浮子和第二磁性浮子分别套入所述中空导杆并且在两个液位界面的推动下沿中空导杆升降，所述电阻液位条设于所述中空导杆内并且信号输出端连接所述采集控制模块的信号输入端。

进一步，所述采集控制模块包括电源输出端、第一信号采集端和第二信号采集端，所述电阻液位条包括若干电阻和若干磁性开关，所述若干电阻依次等距串接并且首尾两端分别连接所述采集控制模块的电源输出端和第二信号采集端，所述若干磁性开关的一端分别连接所述若干电阻的串接点、另一端连接所述采集控制模块的第一信号采集端。

进一步，所述电阻液位条为多条并且依次首尾连接，相邻电阻液位条的串接电阻之间串联高度补偿电阻，全部串联电阻的首尾两端分别连接所述采集控制模块的电源输出端和第二信号采集端。

进一步，本液位计还包括限流电阻和分压电阻，所述限流电阻串接于所述采集控制模块的电源输出端与全部串联电阻的首端之间，所述分压电阻一端连接所述采集控制模块的第二信号采集端、另一端接地。

进一步，所述采集控制模块通过RS485通讯总线与上位机连接。

进一步，所述电阻液位条的若干电阻、高度补偿电阻、限流电阻和分流电阻是精密电阻。

由于本发明智能双浮子液位计采用了上述技术方案，即本液位计包括采集控制模块、接线盒、中空导杆、第一磁性浮子、第二磁性浮子和电阻液位条，中空导杆通过法兰设于接线盒底面，采集控制模块设于接线盒内，第一磁性浮子和第二磁性浮子分别套入中空导杆并且在两个液位界面的推动下沿中空导杆升降，电阻液位条设于中空导杆内并且信号输出端连接采集控制模块的信号输入端。本液位计可同时连续测量两个分界液面的液位值，提高测量精确和范围，降低设备成本，并且方便与控制系统的集成。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明：

图1为本发明智能双浮子液位计结构示意图；

图2为本液位计中电阻液位条电路示意图；

图3为本液位计中多条电阻液位条串接电路示意图。

具体实施方式

实施例如图1所示，本发明智能双浮子液位计包括采集控制模块1、接线盒2、中空导杆3、第一磁性浮子4、第二磁性浮子5和电阻液位条6，所述中空导杆3通过法兰21设于所述接线盒2底面，所述采集控制模块1设于所述接线盒2内，所述第一磁性浮子4和第二磁性浮子5分别套入所述中空导杆3并且在两个液位界面的推动下沿中空导杆3升降，所述电阻液位条6设于所述中空导杆3内并且信号输出端连接所述采集控制模块1的信号输入端。

如图2所示，优选的，所述采集控制模块1包括电源输出端11、第一信号采集端12和第二信号采集端13，所述电阻液位条6包括若干电阻61和若干磁性开关62，所述若干电阻61依次等距串接并且首尾两端分别连接所述采集控制模块1的电源输出端11和第二信号采集端13，所述若干磁性开关62的一端分别连接所述若干电阻61的串接点、另一端连接所述采集控制模块1的第一信号采集端12。本液位计中的采集控制模块可采用芯片型号为ADuCM361的精密模拟微控制器，其集成了高性能多通道Σ-Δ型模数转换器，第一信号采集端和第二信号采集端为ADuCM361芯片的两个输入通道；电阻液位条的若干电阻和若干磁性开关构成液位测量的传感器，并采用干簧管式封装。

如图3所示，优选的，所述电阻液位条6为多条并且依次首尾连接，相邻电阻液位条的串接电阻之间串联高度补偿电阻63，全部串联电阻的首尾两端分别连接所述采集控制模块1的电源输出端11和第二信号采集端13。在一些高液位测量的应用场合，单条电阻液位条无法满足测量行程的需求，因此可采用多条电阻液位条串接提高测量行程，在实际应用中，由于相邻电阻液位条在安装时存在一定的间距，而液位的测量与串接电阻的间距相关，因此在相邻电阻液位条的串接电阻之间串联高度补偿电阻，以提高液位的测量精度。

优选的，本液位计还包括限流电阻R1和分压电阻R2，所述限流电阻R1串接于所述采集控制模块1的电源输出端11与全部串联电阻的首端之间，所述分压电阻R2一端连接所述采集控制模块1的第二信号采集端13、另一端接地。

如图1所示，优选的，所述采集控制模块1通过RS485通讯总线与上位机7连接，并支持Modbus协议，上位机7可以根据从站地址区分不同的液位计，在RS485通讯总线上可以挂接多个智能双浮子液位计，实现液位的监控；同时采集控制模块可以通过多次采样、求平均的方式进一步提高液位测量精度。

优选的，所述电阻液位条6的若干电阻61、高度补偿电阻63、限流电阻R1和分流电阻R2是精密电阻。精密电阻的阻值误差、温度系数、分布电容参数和分布电感参数等项指标均优于普通电阻，从而保证了本液位计的测量精度。

本液位计中的第一磁性浮子和第二磁性浮子具有不同的密度，在测量液位时，第一磁性浮子和第二磁性浮子在不同液体浮力的作用下，沿着导杆5上下浮动，设于导杆内的电阻液位条在磁性浮子的作用下电阻发生变化，具体为磁性开关在磁性浮子的磁场作用下打开和闭合，从而引起串联电阻的个数发生变化，表现为采集控制模块第一信号采集端和第二信号采集端的电压变化。通过实时地采样第一信号采集端和第二信号采集端的电压值，就可以推算出电阻液位条中电阻的变化值，从而确定两个液面的高度。

具体推导过程如下：

如图1所示，假设第一介质液体与空气的分界面8距离导杆3底端的高度为H2，第一介质液体与第二介质液体的分界面9距离导杆3底端的高度为H1，电阻液位条在第一介质液体与空气的分界面8以上的电阻阻值之和为RL2，电阻液位条在第一介质液体与第二介质液体的分界面9以下的电阻阻值之和为RL1，采集控制模块1的电源输出端11电压为VCC，采集控制模块1的第一信号采集端12的电压为V1，采集控制模块1的第二信号采集端13的电压为V2，分压电阻的阻值为RS2，限流电阻的阻值为RS1；

假设流过电阻液位条若干串联电阻的电流为I，若干串联电阻的平均阻值为Rave，磁性开关的平均间隔距离为GAP，电阻液位条的总电阻值为Rmax，量程为LENGTH，则，

（1）

（2）

（3）

（4）

（5）

假设V1对应采集控制模块的采样值为AD1，V2对应采集控制模块的采样值为AD2，采样值跟电压的关系可以表示为：

（6）

将式（6）和式（1）代入式（2），可得

（7）

将式（6）、式（7）和式（1）代入式（4），可得

（8）

根据（X为磁性开关个数，即精密电阻个数），代入式（3）和式（5），可得

（9）

（10）

根据式（9）和式（10），本液位计就是通过两个磁性浮子沿导杆的位置移动，检测电路中电阻值的变化来测量两种介质的液位，本液位计屏蔽掉了若干串接电阻本身的阻值变化及误差，根据概率论，电阻个数越多，电阻的阻值范围越接近于正态分布，采用平均阻值来参与运算得到的结果就越精确。因此，磁性开关的平均间隔距离GAP越小，单位长度内磁性开关的个数越多，即串联电阻越多，测量结果的精度越高。而且电阻液位条中电阻的总阻值Rmax可以在设置阶段通过实际测量得到，分析如下：

根据电路原理图，当只有一个磁性开关闭合的情况下，(RL1+RL2)就等于Rmax，实际应用中，将两个带环形磁铁的磁性浮子紧密相邻，由于磁性浮子的大小固定，那么受环形磁铁的磁场作用而闭合的磁性开关的个数是固定不变的，因此(RL1+RL2)再加上两个磁性浮子位置的电阻阻值就等于Rmax，当(RL1+RL2)>>单个电阻阻值时，测量误差几乎为零。

由于电阻液位条的数量是可以配置的，因此本液位计的量程可以根据需求自主设置。在设置阶段，完成量程和液位计从站地址等参数的设置，采集控制模块通过运算计算出电阻液位条的总电阻阻值，将总电阻阻值，量程和从站地址保存到内置的存储器中，以后上电的时候，可以直接从内置的存储器中读取这些参数。

本液位计可以同时连续地测量两个液体介质分界面的液位值，精确度可达1%，测量量程可以根据需求来配置，从0.2m到20m，同时测量范围更大，带有自修正功能，智能化参数配置，方便与液位控制系统的集成，降低设备成本。

Claims (6)

1.一种智能双浮子液位计，其特征在于：本液位计包括采集控制模块、接线盒、中空导杆、第一磁性浮子、第二磁性浮子和电阻液位条，所述中空导杆通过法兰设于所述接线盒底面，所述采集控制模块设于所述接线盒内，所述第一磁性浮子和第二磁性浮子分别套入所述中空导杆并且在两个液位界面的推动下沿中空导杆升降，所述电阻液位条设于所述中空导杆内并且信号输出端连接所述采集控制模块的信号输入端。

2.根据权利要求1所述的智能双浮子液位计，其特征在于：所述采集控制模块包括电源输出端、第一信号采集端和第二信号采集端，所述电阻液位条包括若干电阻和若干磁性开关，所述若干电阻依次等距串接并且首尾两端分别连接所述采集控制模块的电源输出端和第二信号采集端，所述若干磁性开关的一端分别连接所述若干电阻的串接点、另一端连接所述采集控制模块的第一信号采集端。

3.根据权利要求1或2所述的智能双浮子液位计，其特征在于：所述电阻液位条为多条并且依次首尾连接，相邻电阻液位条的串接电阻之间串联高度补偿电阻，全部串联电阻的首尾两端分别连接所述采集控制模块的电源输出端和第二信号采集端。

4.根据权利要求3所述的智能双浮子液位计，其特征在于：本液位计还包括限流电阻和分压电阻，所述限流电阻串接于所述采集控制模块的电源输出端与全部串联电阻的首端之间，所述分压电阻一端连接所述采集控制模块的第二信号采集端、另一端接地。

5.根据权利要求4所述的智能双浮子液位计，其特征在于：所述采集控制模块通过RS485通讯总线与上位机连接。

6.根据权利要求4所述的智能双浮子液位计，其特征在于：所述电阻液位条的若干电阻、高度补偿电阻、限流电阻和分流电阻是精密电阻。