CN110207789B - 基于水质的水位测量方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于水质的水位测量方法，该方法为：根据水位变化确定水质和水位电容差值，根据所述水质和水位电容差值确定当前水质种类，再根据所述当前水质种类的水质和水位电容差值确定当前水质种类的每单位水位高度电容值，最后根据所述当前水质种类的每单位水位高度电容值确定当前水位高度；还公开了一种基于水质的水位测量装置。本发明通过校准修证算法能够连续测量水位并且测量精度高，可适用不同水质和不同环境的水位测量。
Description
技术领域
本发明属于测量技术领域，具体涉及一种基于水质的水位测量方法及其装置。
背景技术
目前在小容量水位测量，有利用水的导电性的电极测量方法、有电容电极测量方法，也有压力测量的方法；要么不能连续测量，要么成本高。其中电容测量方法以其简单、成本低而大量采用，但多数应用采用非连续方法，主要是测量精度低，受环境影响大，究其原因，还是算法的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种基于水质的水位测量方法及其装置。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
本发明实施例提供一种基于水质的水位测量方法，该方法为：根据水位变化确定水质和水位电容差值，根据所述水质和水位电容差值确定当前水质种类，再根据所述当前水质种类的水质和水位电容差值确定当前水质种类的每单位水位高度电容值，最后根据所述当前水质种类的每单位水位高度电容值确定当前水位高度。
上述方案中，所述根据水位变化确定水质和水位电容差值，具体为：当水位变化时，水位测量电极测得当前水位的水位电容值为PT，水质测量电极测量当前水质种类的水质电容值为PW，所述水质和水位电容差值为PT-PW。
上述方案中，所述根据所述水质和水位电容差值确定当前水质种类，具体为：根据预先设置的预先测量的差值与水质对应关系中查找水质和水位电容差值对应的水质种类。
上述方案中，所述根据所述当前水质种类的水质和水位电容差值确定当前水质种类的每单位水位高度电容值，具体为：根据公式J＝JMAX-(JMAX-JMIN)*(PMAX-(PT-PW))/(PMAX-PMIN)确定每单位水位高度电容值J，其中，PMIN为最小硬度水质的电容差值、PMAX为最高硬度水质的电容差值、JMIN为最小硬度水质的每单位水位高度电容值、JMAX为最高硬度水质的每单位水位高度电容值。
上述方案中，所述最后根据所述当前水质种类的每单位水位高度电容值确定当前水位高度，具体为：根据所述当前水质种类的每单位水位高度电容值匹配预先设置的每单位水位高度电容值与水位高度对应表中相应内容确定对应的水位高度。
上述方案中，所述预先设置的每单位水位高度电容值与水位高度对应表，具体为，根据公式H＝(PT-PT0)/K/J确定每单位水位高度电容值对应的水位高度，其中，H为水位高度、J为每单位水位高度电容值、PT为水位变化时水位测量电极测量的电容值、PT0为水位为零时水位测量电极测量的电容值、K为测量电容结果与标准电容的系数值。
上述方案中，所述测量电容结果与标准电容的系数值K通过K＝(PN-PZ)/PR确定，PZ为外部电容为零的参考电极测量的电容值、PN为外部电容为标准电容的参考电极测量的电容值、PR为标准电容的电容绝对值。
本发明实施例还提供一种基于水质的水位测量装置，包括电容测量集成电路、水质测量电极、水位测量电极、标准参考电极、零电容参考电极，所述水质测量电极、水位测量电极的一端均与电容测量集成电路连接，另一端设置在容器内，所述电容测量集成电路分别经标准参考电极、零电容参考电极接地。
上述方案中，还包括地电极，所述地电极的一端与电容测量集成电路连接，另一端设置在容器内。
上述方案中，所述水质测量电极的另一端与容器的底部存在间距；所述水位测量电极的另一端与容器的底部抵接。
与现有技术相比，本发明通过将所测电容容值换算为绝对电容值，修正电容测量误差，同时通过水质测量，修正水质测量误差；通过校准修证算法能够连续测量水位并且测量精度高，可适用不同水质和不同环境的水位测量。
附图说明
图1为本发明实施例提供一种基于水质的水位测量方法的流程图；
图2为本发明实施例还提供一种基于水质的水位测量装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供一种基于水质的水位测量方法，如图1所示，该方法通过以下步骤实现：
步骤101：根据水位变化确定水质和水位电容差值；
具体地，当水位变化时，水位测量电极测得当前水位的水位电容值为PT，水质测量电极测量当前水质种类的水质电容值为PW，所述水质和水位电容差值为PT-PW。
在同一水质时，由于水质测量电极与测量电极对称，水质和水位电容差值PT-PW恒定不变。
步骤102：根据所述水质和水位电容差值确定当前水质种类；
具体地，根据预先设置的预先测量的差值与水质对应关系中查找水质和水位电容差值对应的水质种类。
以自来水和纯净水为例，将自来水的水质和水位电容差值和纯净水的水质和水位电容差值的中间值作为阀值，如果当前测量的水质和水位电容差值大于阀值则为自来水，小于阀值则为纯净水。
步骤103：根据所述当前水质种类的水质和水位电容差值确定当前水质种类的每单位水位高度电容值；
具体地，根据公式J＝JMAX-(JMAX-JMIN)*(PMAX-(PT-PW))/(PMAX-PMIN)确定每单位水位高度电容值J，其中，PMIN为最小硬度水质的电容差值、PMAX为最高硬度水质电容差值、JMIN为最小硬度水质的每单位水位高度电容值、JMAX为最高硬度水质的每单位水位高度电容值。
所述每单位水位高度电容值J还可以通过查找对应关系表确定，通过实际测量每种水质的水质和水位电容差值与对应的每单位水位高度电容值并且生成对应关系表。
当水位低于水质测量电极时，计算水位J值采用高水位时计算的J值或默认预置J值。
步骤104：根据所述当前水质种类的每单位水位高度电容值确定当前水位高度。
具体地，根据所述当前水质种类的每单位水位高度电容值匹配预先设置的每单位水位高度电容值与水位高度对应表中相应内容确定对应的水位高度。
根据公式H＝(PT-PT0)/K/J确定每单位水位高度电容值对应的水位高度，其中，H为水位高度、J为每单位水位高度电容值、PT为水位变化时水位测量电极测量的电容值、PT0为水位为零时水位测量电极测量的电容值、K为测量电容结果与标准电容的系数值。
由于设计测量电极大小引线长度会引起电极电容初值不同，一旦固定，其电容值为常数。测量时需要减去此常数。
水位为零时水位测量电极测量值记为PT0，PT0-PZ即水位为零时测量电极的电容的变化量，(PT-PZ)/K即为测量电极的初始电容值，测量结果单位为PF，为保证计算精度，结果精确到小数0.01位。
当水位变化时，水位测量电极电容值为PT，水位从零水位到当前水位电容变化绝度值为(PT-PT0)/K，当水质一定，电极与水之间介质均匀，对应容器水位为长L,宽W和高度H,当水宽W大于电极宽度，长L超过一定厚度时，电容与零水位电容差值与电极对应水的面积成线性关系，与W、L无关，而电极宽度为一定值，所以水位高度与电容成线性关系，有H＝(PT-PT0)/K/J，其中H为水位高度，J为每单位水位高度电容值，所述每单位水位高度电容值J与电极面积、容器的壁厚度、容器壁介电常数和水质相关，因水壁厚度和介电常数为定值，通过水位高度可以换算为水量。
所述测量电容结果与标准电容的系数值K通过K＝(PN-PZ)/PR确定，PZ为外部电容为零的参考电极测量的电容值、PN为外部电容为标准电容的参考电极测量的电容值、PR为标准电容的电容绝对值，又称标准电容的电容标称值，通过实时K值可以将测量电容值换算为绝对电容值。
所述系数值K与集成电路测量的一致性，温度变化相关，不断更新修正K，这样电容测量结果值与芯片一致性及环境温度的变化无关，只与标准电容的精度相关，标准电容1％精度，零温度系数，达到精确校准的目的。
本发明实施例还提供一种基于水质的水位测量装置，其特征在于，包括电容测量集成电路1、水质测量电极2、水位测量电极3、标准参考电极4、零电容参考电极5，所述水质测量电极2、水位测量电极3的一端均与电容测量集成电路1连接，另一端设置在容器6内，所述电容测量集成电路1分别经标准参考电极4、零电容参考电极5接地。
具体地，所述水质测量电极2采用与水有均匀介质隔离的平板电极；所述水位测量电极1采用与水有均匀介质隔离的平板电极；
所述电容测量集成电路1为8PIN触摸单片机，通过串口输出水位信息。零电容参考电极为空的电容测量引脚0，带标准电容参考电极为另一引脚1就近连接10PF到低电容。电容精度高于1％，0温度系数电容。三个测量电极分别接引脚2、地、引脚3。电极为粘合在水箱表面的的矩形金属电极，为了引脚1与引脚2电容变化率相同，电极为等宽，容器6的壁厚为等厚。
进一步地，还包括地电极7，所述地电极7的一端与电容测量集成电路1连接，另一端设置在容器6内。
所述水质测量电极2的另一端与容器6的底部存在间距；所述水位测量电极3的另一端与容器6的底部抵接。
当然，也可将水质测量电极2放在容器6的底部，这样也需要一定的水位完全超过电极才能修正。由于电极较短，限制了电极接触到测量引脚的安装位置。
所述水质测量电极2比水位测量电极3的长度差越大，则差值越大，水质的计算精度越高；但测量水质需要的水位越高，当水位低于水质电极的下端时，水质计算是不精确的，所以在计算中，水质电极低于阀值时(水位未超过电极下端高度)则不进行水质计算，实际水质电极约为水位测量电极高度的3/4。在水位1/2以上进行水质测量。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于水质的水位测量方法，其特征在于，该方法为：根据水位变化确定水质和水位电容差值，根据所述水质和水位电容差值确定当前水质种类，再根据所述当前水质种类的水质和水位电容差值确定当前水质种类的每单位水位高度电容值，最后根据所述当前水质种类的每单位水位高度电容值确定当前水位高度。
2.根据权利要求1所述的基于水质的水位测量方法，其特征在于，所述根据水位变化确定水质和水位电容差值，具体为：当水位变化时，水位测量电极测得当前水位的水位电容值为PT，水质测量电极测量当前水质种类的水质电容值为PW，所述水质和水位电容差值为PT-PW。
3.根据权利要求1或2所述的基于水质的水位测量方法，其特征在于，所述根据所述水质和水位电容差值确定当前水质种类，具体为：根据预先设置的预先测量的差值与水质对应关系中查找水质和水位电容差值对应的水质种类。
4.根据权利要求3所述的基于水质的水位测量方法，其特征在于，所述根据所述当前水质种类的水质和水位电容差值确定当前水质种类的每单位水位高度电容值，具体为：根据公式J＝JMAX-(JMAX-JMIN)*(PMAX-(PT-PW))/(PMAX-PMIN)确定每单位水位高度电容值J，其中，PMIN为最小硬度水质的电容差值、PMAX为最高硬度水质的电容差值、JMIN为最小硬度水质的每单位水位高度电容值、JMAX为最高硬度水质的每单位水位高度电容值。
5.根据权利要求4所述的基于水质的水位测量方法，其特征在于，所述最后根据所述当前水质种类的每单位水位高度电容值确定当前水位高度，具体为：根据所述当前水质种类的每单位水位高度电容值匹配预先设置的每单位水位高度电容值与水位高度对应表中相应内容确定对应的水位高度。
6.根据权利要求5所述的基于水质的水位测量方法，其特征在于，所述预先设置的每单位水位高度电容值与水位高度对应表，具体为，根据公式H＝(PT-PT0)/K/J确定每单位水位高度电容值对应的水位高度，其中，H为水位高度、J为每单位水位高度电容值、PT为水位变化时水位测量电极测量的电容值、PT0为水位为零时水位测量电极测量的电容值、K为测量电容结果与标准电容的系数值。
7.根据权利要求6所述的基于水质的水位测量方法，其特征在于，所述测量电容结果与标准电容的系数值K通过K＝(PN-PZ)/PR确定，PZ为外部电容为零的参考电极测量的电容值、PN为外部电容为标准电容的参考电极测量的电容值、PR为标准电容的电容绝对值。
8.一种基于水质的水位测量装置，采用权利要求1-7任一项所述的基于水质的水位测量方法，其特征在于，包括电容测量集成电路(1)、水质测量电极(2)、水位测量电极(3)、标准参考电极(4)、零电容参考电极(5)，所述水质测量电极(2)、水位测量电极(3)的一端均与电容测量集成电路(1)连接，另一端设置在容器(6)内，所述电容测量集成电路(1)分别经标准参考电极(4)、零电容参考电极(5)接地。
9.根据权利要求8所述的基于水质的水位测量装置，其特征在于，还包括地电极(7)，所述地电极(7)的一端与电容测量集成电路(1)连接，另一端设置在容器(6)内。
10.根据权利要求8或9所述的基于水质的水位测量装置，其特征在于，所述水质测量电极(2)的另一端与容器(6)的底部存在间距；所述水位测量电极(3)的另一端与容器(6)的底部抵接。
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