CN110146143A - 一种基于霍尔效应的油位测量系统 - Google Patents

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韩晓新
赵应杰
沈威君
宋伟
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    • G01F23/30—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by floats
    • G01F23/64—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by floats of the free float type without mechanical transmission elements
    • G01F23/68—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by floats of the free float type without mechanical transmission elements using electrically actuated indicating means
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Abstract

本发明公开了一种基于霍尔效应的油位测量系统，包括：非磁性金属管(1)，置于油箱外侧且与油箱上下端相连；浮子(2)，置于非磁性金属管内部能够随液位的变化而上下移动；磁体(3)，置于浮子内部随其一起运动；含有霍尔开关的液位计(4)，固定于非磁性金属管管壁外侧；单片机(5)，与液位计相连，通过采集控制单元扫描检测霍尔元件开关状态；LED显示面板(6)，置于油箱顶端与单片机相连；油箱(7)。本发明的油位测量系统采用非磁性金属管，防倾斜抖动；霍尔开关的液位计无需浸泡在相应液体中便可完成测量工作，使用寿命长；通过单片机依次打开多路开关控制霍尔开关，保证每次仅有一个霍尔开关处于检测状态，有效节约能耗。

Description

一种基于霍尔效应的油位测量系统
技术领域
本发明涉及液位测量领域，尤其涉及一种基于霍尔效应的油位测量系统。
背景技术
油位的测量是许多工业自动化控制系统的重要组成部分，在目前市场上，干簧管凭借其价格低廉，结构简单的优点成为绝大部分油量测量系统的核心。但是以干簧管为核心的油位测量系统经常会发生个别干簧管该断开却未断开的故障，而且一个干簧管不能够正常工作便会影响整体的油位测量，造成虚假液位的现象。同时由于干簧管尺寸较大，严重限制了分辨率，使得其一般只适用于低精度液位测量。
因此需要一种全新的油位测量系统，避免原有干簧管诸多缺点的同时提高分辨率，更要满足当今较为苛刻的工业现场环境。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种耐高温高压，低功耗，使用寿命长且可靠性高，不易受干扰的基于霍尔效应的油位测量系统。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
一种基于霍尔效应的油位测量系统，包括非磁性金属管、浮子、磁体、含有霍尔开关的液位计、单片机、LED显示面板以及油箱，所述非磁性金属管位于油箱外侧同时与油箱上下端相连接，所述浮子位于非磁性金属管内部能够随液面的变化进行上下移动，所述磁体固定在浮子内部，所述含有霍尔开关的液位计位于非磁性金属管管壁外侧，所述LED显示面板与单片机相连接，单片机通过采集控制单元扫描检测霍尔元件开关状态。
优选地，所述单片机位于非磁性金属管与油箱的上端连接处顶端。
优选地，所述LED显示面板位于油箱顶端。
进一步地，所述非磁性金属管与油箱上下端连接处直径小于浮子直径。
优选地，所述浮子内部磁体为条形磁铁。
进一步地，所述含有霍尔开关的液位计与非磁性金属管外侧管壁保持10-50mm距离。
优选地，所述含有霍尔开关的液位计中霍尔开关等距同向分布且数量至少为10个，共同并联接入整体电路。
优选地，所述单片机通过多路开关分别与各液位开关连接。
进一步地，所述含有霍尔开关的液位计工作时仅有一只霍尔开关处于检测状态。
进一步地，所述单片机将液位信号转换成电流信号输出或者基于串口的数字通信输出。
进一步地，所述数字通信采用RS-232/RS-485。
相对于现有技术，本发明的有益效果如下：
1.本发明提供的基于霍尔效应的油位测量系统，利用霍尔效应的原理，通过液位计配合磁铁即可进行油位的测量，使得核心部件，即含有霍尔开关的液位计无需浸泡在相应液体中便可完成测量工作，极大程度的提高了使用寿命；
2.采用非磁性金属管与油箱相连接，借助液体内部同一深度各个方向压强相同的原理，不仅保证管内与箱内液位相同，更减少了设备倾斜抖动产生油位晃动的测量误差；
3.使用体积更小、响应更快的开关型霍尔片来“替代”干簧管，避免干簧管各种缺点的同时，还提高了测量的分辨率；
4.通过单片机依次打开多路开关控制霍尔开关，保证每次仅有一个霍尔开关处于检测状态，节约能耗；以单片机作为核心，连接LED显示面板完成液位数据的采集和输出，可以附加实现油箱内部温度、压力的采集显示又或是液位数据远距离的传输和监控等额外功能。
5.本发明还可以根据客户要求量身定制，根据需要的精度调整对应霍尔开关型号周围磁通密度，通用性强。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的基于霍尔效应的油位测量系统整体结构示意图；
图2为本发明的霍尔开关与磁铁位置示意图；
图3为本发明的基于霍尔效应的油位测量系统的控制原理框图；
图中：1、非磁性金属管，2、浮子，3、磁体，4、含有霍尔开关的液位计，5、单片机，6、LED显示面板，7、油箱。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
请参阅图1至图3，本发明的一种基于霍尔效应的油位测量系统，包括非磁性金属管1、浮子2、磁体3、含有霍尔开关的液位计4、单片机5、LED显示面板6、油箱7。
所述非磁性金属管1位于油箱外侧同时与油箱7上下端相连通，其连通处直径小于浮子直径，所述浮子2位于非磁性金属管1内部能够随液面的变化进行上下移动，所述磁体3固定在浮子2内部，所述含有霍尔开关的液位计4位于非磁性金属管1管壁外侧，与非磁性金属管外侧管壁保持一定距离，所述单片机5位于非磁性金属管1与油箱的上端连接处顶端，所述LED显示面板6与单片机5相连接位于油箱7顶端。
非磁性金属管1与油箱7相连接，借助液体内部同一深度各个方向压强相同的原理，保证管内液位与箱内液位一致。含有磁铁的浮子2置于非磁性金属管内部，浮子可以随着非磁性金属管内部液位的变化进而产生位移，非磁性金属管外固定内部含有霍尔开关的液位计，当管内被测液体的液位发生升降时，与磁性浮子正对应的霍尔开关周围磁场便会增大，此时霍尔开关打开，而其他霍尔开关周围磁场并未发生改变所以仍处于关闭状态。单片机只需要通过采集控制单元扫描所有霍尔开关的工作状态，并输出给LED显示面板即可获得实时液位情况。
其中含有霍尔开关的液位计中霍尔开关等距同向排列，共同并联接入整体电路。单片机依次控制多路开关(由设定液位最低处开始)触发相应位置的霍尔开关，使霍尔开关得以进入工作状态。而一旦霍尔开关受到磁场变化影响处于开启状态后，便意味着当前位置为被测液体的高度。
实施例：
系统整体调试阶段需要将浮子内部磁铁与霍尔开关相匹配，为了避免产生虚假液位的现象和保证测量的精准度，必须保证任意时刻最多只有2个霍尔开关同时处于开启状态，需要在设计阶段结合具体环境准确计算出霍尔开关周围磁通密度。
在待测液体最高液位可达1m的情况下，确保精度准确到百分之一，使用含有的霍尔开关(工作阈值为175Gs)数量为100的液位计，即霍尔开关间距为10mm，根据具体结构要求决定霍尔开关与浮子中间位置距离为35mm，通过ANSYS对磁铁磁场进行分析、优化，提取距离磁铁35mm的空气单元节点磁通密度得到相应结果：φ20*20的条形磁铁在距离35mm处最大磁通量为245Gs，当磁铁处于B点平行位置时只有B点所在的霍尔开关处于工作状态，当上端与A点平行位置接触时，也仅有A和B所在的霍尔开关同时处于工作状态，表明满足相应条件。通过这样的方式确定磁铁大小后再根据浮子所处液面高度情况相匹配，保证磁铁的中心与液面相平齐即可确定磁铁置于浮子内部的安装位置。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (10)

1.一种基于霍尔效应的油位测量系统，其特征在于：包括非磁性金属管(1)、浮子(2)、磁体(3)、含有霍尔开关的液位计(4)、单片机(5)、LED显示面板(6)以及油箱(7)，所述非磁性金属管(1)位于油箱(7)外侧同时与油箱上下端相连接，所述浮子(2)位于非磁性金属管(1)内部能够随液面的变化进行上下移动，所述磁体(3)固定在浮子(2)内部，所述含有霍尔开关的液位计(4)位于非磁性金属管(1)管壁外侧，所述LED显示面板(6)与单片机(5)相连接，单片机通过采集控制单元扫描检测霍尔元件开关状态。
2.如权利要求1所述的一种基于霍尔效应的油位测量系统，其特征在于：所述单片机(5)位于非磁性金属管(1)与油箱(7)的上端连接处顶端。
3.如权利要求1或2所述的一种基于霍尔效应的油位测量系统，其特征在于：所述LED显示面板(6)位于油箱(7)顶端。
4.如权利要求1所述的一种基于霍尔效应的油位测量系统，其特征在于：所述非磁性金属管(1)与油箱(7)上下端连接处直径小于浮子直径。
5.如权利要求1所述的一种基于霍尔效应的油位测量系统，其特征在于：所述浮子(2)内部磁体为条形磁铁。
6.如权利要求1所述的一种基于霍尔效应的油位测量系统，其特征在于：所述含有霍尔开关的液位计(4)与非磁性金属管(1)外侧管壁保持10-50mm距离。
7.如权利要求1所述的一种基于霍尔效应的油位测量系统，其特征在于：所述含有霍尔开关的液位计(4)中霍尔开关等距同向分布且数量至少为10个，共同并联接入整体电路。
8.如权利要求7所述的一种基于霍尔效应的油位测量系统，其特征在于：所述单片机(5)通过多路开关分别与各液位开关连接。
9.如权利要求7或8所述的一种基于霍尔效应的油位测量系统，其特征在于：所述含有霍尔开关的液位计(4)工作时仅有一只霍尔开关处于检测状态。
10.如权利要求1所述的一种基于霍尔效应的油位测量系统，其特征在于：所述单片机(5)将液位信号转换成电流信号输出或者基于串口的数字通信输出。
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