CN110487353A - 一种液位检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种液位检测系统，包括第一分压电路、第二分压电路和计算电路；盛液容器内固设置有第一参考金属部、第一金属部、第二参考金属部和与液面接触的第二金属部，第二参考金属部固设于盛液容器的底壁上，且与第二金属部相对；第一参考金属部和第一金属部之间的正对面积等于第二参考金属部和第二金属部之间的正对面积；第一参考金属部和第一金属部之间形成参考电阻并具有预定距离，且第一分压电路输出参考电阻的第一分压；第二参考金属部和第二金属部之间形成液位电阻，且第二分压电路输出液位电阻的第二分压；根据第一分压、第二分压和和预定距离，计算电路计算液位深度。本发明通过简单电路实现液位低成本高精度连续检测，且检测可靠性高。

Description

一种液位检测系统

技术领域

本发明属于液位检测技术领域，具体涉及一种液位检测系统。

背景技术

民用、商用场合中经常会用到液位或液位的检测，市场上利用水的导电特性进行液位检测主要采用的是，在液位路径上设置多个液位探针，通过检测探针的导通与断开实现液位的分段检测，或者在液位路径上设置多个液位检测金属片和一个参考金属片，利用水的导电性，检测液位检测金属片和参考金属片之间的等效电容，根据等效电容确定当前液位。上述两种方式均不能实现液位的连续检测，且受到高温高湿环境的影响或者水的电阻率受到水温、电解质、酸碱度等多种无法实时检测或控制的的因素的影响，会出现误报的可能。

现有市场上实现液位的连续检测常采用超声波、红外传感器、压力传感器等方式，这些检测方式均存在电路或结构复杂、成本高等缺点。因此，亟需一种低成本高精度的连续液位检测方式。

发明内容

本发明的目的在于提供一种液位检测系统，通过简单电路实现液位高精度连续检测，成本低，且检测可靠性高。

为了解决上述技术问题，本发明所提出的方案采用如下技术方案予以实现：

一种液位检测系统，用于检测盛液容器内液位，其特征在于，包括第一分压电路、第二分压电路和计算电路；所述盛液容器内固设置有第一参考金属部、与所述第一参考金属部相对的第一金属部、第二参考金属部和与液面接触的第二金属部；所述第二参考金属部置于所述盛液容器的底壁上，且与所述第二金属部相对；所述第一参考金属部和第一金属部之间的正对面积等于所述第二参考金属部和第二金属部之间的正对面积；所述第一参考金属部和第一金属部之间形成参考电阻并具有预定距离，且所述第一分压电路输出所述参考电阻的第一分压；所述第二参考金属部和第二金属部之间形成液位电阻，且所述第二分压电路输出所述液位电阻的第二分压；根据所述第一分压电路、第二分压电路和预定距离，所述计算电路计算液位深度。

如上所述液位检测系统还包括浮块；所述浮块的接触液体表面的底面为金属材质的，所述第二金属部为所述浮块的底面。

如上所述的液位检测系统，所述盛液容器内设置有一隔板，所述隔板将所述盛液容器分为第一部分和与第一部分连通的第二部分，所述浮块限位至所述第一部分内。

如上所述的液位检测系统，所述第一参考金属部、第一金属部、第二参考金属部和第二金属部的面积彼此相等。

如上所述的液位检测系统，所述第一分压电路包括串联的第一参考金属部、参考电阻、第一金属部和第一上拉电阻；所述第二分压电路包括串联的第二参考金属部、液位电阻、第二金属部和第二上拉电阻。

如上所述的液位检测系统，所述第一上拉电阻和第二上拉电阻的阻值相等，且所述第一上拉电阻上拉的第一电源和所述第二上拉电阻上拉的第二电源也相等。

如上所述的液位检测系统还包括主控芯片，所述第一电源和第二电源为所述主控芯片的电源输出口，且所述主控芯片的第一采集端和第二采集端分别连接所述第一分压电路的输出端和第二分压电路的输出端。

如上所述的液位检测系统，所述液位检测系统还包括第一滤波电路和第二滤波电路，所述第一滤波电路设置在所述第一采集端和所述第一分压电路的输出端之间，所述第二滤波电路设置在所述第二采集端和所述第二分压电路的输出端之间。

与现有技术相比，本发明的优点和有益效果是：本发明将位于第一参考金属部和第一金属部之间的液体的电阻作为参考电阻，将第二参考金属部和第二金属部之间的液体的电阻作为液位电阻，在两者电阻的横截面积和导电率相同的情况下，电阻的大小与其长度成正比，利用第一分压电路和第二分压电路输出的信号分别得到参考电阻和和液位电阻的阻值，并根据参考电阻的长度计算液位深度，本发明的液位检测系统测量液位，简单易实现，成本低，第二金属部与液面接触且随液位升降而上下移动，能够持续改变液位电阻的大小，实现液位连续检测，且液位深度检测不受水电阻率的影响，精度高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简要介绍，显而易见地，下面描述的附图是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明的液位检测系统一个实施例中第一参考金属部、第一金属部、第二参考金属部和浮块在盛液容器内的放置图；

图2为本发明的液位检测系统实施例中主控芯片、第一分压电路和第二分压电路的连接图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了低成本且高精度的连续检测液位，如图1和图2所示，本实施例涉及一种液位检测系统，用于检测盛液容器10内液位，该液位检测系统包括第一分压电路（未标注）、第二分压电路（未标注）和计算电路（未示出）；盛液容器10内固设置有第一参考金属部11、与第一参考金属部11相对的第一金属部12、第二参考金属部13和第二金属部，第二参考金属部13置于盛液容器10的底壁上，且与第二金属部相对；第一参考金属部11和第一金属部12之间的正对面积等于第二参考金属部13和第二金属部之间的正对面积；第一参考金属部11和第一金属部12之间形成参考电阻并具有预定距离D，第一分压电路输出参考电阻的第一分压；第二参考金属部13和第二金属部形成液位电阻且第二分压电路输出液位电阻的第二分压；根据第一分压、第二分压和预定距离D，计算电路计算液位深度H。在本实施例中，第一参考金属部11、第一金属部12、第二参考金属部13和第二金属部均为形状规则的金属片，例如方形金属片。

在本实施例中，为了实现第二金属部与液面接触，设置有浮块14，浮块14漂浮在液面上，其与液面接触的底面141为金属材质的且与第二参考金属部13相对，该底面141可以是浮块14的一部分，也可以是与设置在浮块14的底面上的另一金属部，在此不做限定。本实施例中的第二金属部为金属底面141。

如图1所示，在本实施例中，为了避免浮块14在盛液容器10内随意移动而无法与第二参考金属部13保持相对，在盛液容器10内安插有一隔板15，该隔板15将盛液容器10分为第一部分和第二部分，第一部分的宽度小于第二部分的宽度且略大于浮块14的宽度，便于将浮块14限定在第一部分内，浮块14为形状规则的矩形浮块，其中隔板80底端开设有连通口，便于第一部分和第二部分互通且液位持平。由于第二参考金属部13与浮块14的金属底面相对，因此，第二参考金属部13横向固定至第一部分的底壁上，优选地，本实施例中第一部分的宽度略大于浮块14的底面的宽度以及第二参考金属部13的横向长度，如图1所示。

例如水等液体是导电的，为了便于说明，在本实施例中，盛液容器10（例如水箱）为绝缘体且其内盛放水。在水导电时，一段水体的电阻值R与水体的电阻率ρ和水体的长度L成正比，且与水体的横截面积S成反比。为了连续测量水位，如图1所示，第一参考金属部11和第一金属部12相对设置在容器10内，例如，第一参考金属部11竖向焊接至容器10的侧壁上，第一金属部12竖向焊接至容器10的底壁上，使得第一参考金属部11和第一金属部12相对，设定距离为D，第一参考金属部11和第一金属部12之间的正对面积为S1，即位于第一参考金属部11和第一金属部12之间的水体部分的横截面积为S1，因此，位于第一参考金属部11和第一金属部12之间的水体部分的电阻（称为参考电阻，记为Rx1）Rx1=ρ*D/S1，其中距离D可以为单位长度或单位长度的N（N大于1的自然数）倍，在此不做限定。优选地，在本实施例中第一参考金属部11和第一金属部12的面积S1相等且同向正对。在本实施例中，第三参考金属部13例如横向焊接在盛液容器10的第一部分的底壁上，浮块14漂浮在液面上，且其与液面接触的底面141面积相对，液位深度记为H，第二参考金属部13和底面141之间的正对面积为S2，即位于第二参考金属部13和底面141之间的水体部分的横截面积为S2，因此，位于第二参考金属部13和底面141之间的水体部分的电阻（称为液位电阻，记为Rx2）Rx2=ρ*H/S2。由于本实施例中第一参考金属部11、第一金属部12、第二参考金属部13和底面141均为形状规则的金属片，且面积相等，因此，在第一参考金属部11和第一金属部12正对且第二参考金属部13和底面141正对时，S1=S2。在同一种水体中水体的电阻率ρ相同，因此，Rx2/Rx1=H/D，因此，通过参考电阻Rx1和液位电阻Rx2的比值以及距离D，可以推算出液位深度H，该液位深度H的检测精度不受水温、电解质变化等各种因素造成的水体导电率改变的影响，在浮块14随液位深度H实时升降时液位水体电阻Rx2也会实时改变，从而可以连续测量液位深度H。

如图2所示，为了实现对参考电阻Rx1和液位电阻Rx2的测量，在本实施例中，将第一参考金属部11和第二参考金属部13接地，第一参考金属部11、参考电阻Rx1、第一金属部12、第一上拉电阻R1串联在第一分压电路中，第一上拉电阻R1的上拉电源为第一电源，第一分压电路输出参考电阻Rx1的第一分压，根据第一电源、第一上拉电阻R1的阻值和第一分压，可计算得到Rx1的阻值；同理地，第二参考金属部13、液位电阻Rx2、第二金属部141、第二上拉电阻R2串联在第二分压电路中，第二上拉电阻R2的上拉电源为第二电源，第二分压电路输出液位电阻Rx2的第二分压，根据第二电源、第二上拉电阻R2的阻值和第二分压，可计算得到Rx2的阻值，由于Rx2/Rx1=H/D且D为预定距离，因此，可以推算出液位深度H。

再参考图2，在本实施例中，设置有主控芯片16，主控芯片16内集成有AD采样电路，采样端为D0和D1，且具有电源输出端D2和D3，电源输出端D2和D3输出的电平值相等，分别为第一分压电路和第二分压电路供电，且第一分压电路中的第一上拉电阻R1为300kΩ，第二分压电路中的第二上拉电阻R2也为300kΩ，在电源输出端D2输出第一电平时，采集端D0采集液位电阻Rx1两端的电压，则根据分压原理，可以根据第一电平、第一上拉电阻R1和采集端D0处所采集的电压，计算Rx1，同理地，在电源输出端D3输出第二电平时，采集端D1采集液位电阻Rx2两端的电压，则根据分压原理，可以根据第二电平、第二上拉电阻R2和采集端D1处所采集的电压，计算Rx2。

再参考图2，在采集端D0和第一分压电路的输出端之间设置有第一滤波电路，其由电阻R3和电容C1组成，电阻R3一端连接采集端D0和电容C1的一极板之间且另一端连接第一金属部12，电容C1的另一极板接地。类似地，在采集端D1和第二分压电路的输出端之间设置有第二滤波电路，其由电阻R4和电容C2组成，电阻R4一端连接采集端D1和电容C4的一极板之间且另一端连接第二金属部141，电容C2的另一极板接地。

在本实施例中，为了防止第一金属部12和第二金属部141之间形成回流，影响检测精度，以分时供电检测方式采集D0和D1处电平。举例分时供电方式如下：（1）主控芯片16上电开始，控制在第一电源输出端D2处输出第一高电平并延时例如200毫秒，然后在采集端D0处采集第一金属部12处电压；（2）控制第一电源输出端D2输出低电平并延时例如200毫秒；（3）控制在第二电源输出端D3处输出第二高电平并延时例如200毫秒，然后在采集端D1处采集第二金属部141处电压；（4）控制第二电源输出端D3输出低电平并延时例如200毫秒。

本实施例液位检测系统，将正对的第一参考金属部11和第一金属部12之间的液体的电阻作为参考电阻，将正对的第二参考金属部13和浮块14的底面141之间的液体的电阻作为液位电阻，两者电阻的横截面积和导电率相同，电阻的大小与其长度成正比，第一参考金属部11和第一金属部12之间的距离为预设距离D，第二参考金属部13和浮块14的底面141之间的距离为液位深度H，利用第一分压电路和第二分压电路输出的信号分别得到参考电阻和和液位电阻的阻值，从而根据参考电阻的长度D计算液位深度H，本实施例液位检测系统测量液位，简单易实现，成本低，浮块14底面141与液面接触且随液位升降而上下移动，能够持续改变液位电阻的大小，实现液位连续检测，且液位深度H检测不受水电阻率的影响，精度高。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种液位检测系统，用于检测盛液容器内液位，其特征在于，包括第一分压电路、第二分压电路和计算电路；

所述盛液容器内固设置有第一参考金属部、与所述第一参考金属部相对的第一金属部、第二参考金属部和与液面接触的第二金属部，所述第二参考金属部固设于所述盛液容器的底壁上，且与所述第二金属部相对；所述第一参考金属部和第一金属部之间的正对面积等于所述第二参考金属部和所述第二金属部之间的正对面积；所述第一参考金属部和第一金属部之间形成参考电阻并具有预定距离，且所述第一分压电路输出所述参考电阻的第一分压；所述第二参考金属部和所述第二金属部之间形成液位电阻，且所述第二分压电路输出所述液位电阻的第二分压；

根据所述第一分压、第二分压和和预定距离，所述计算电路计算液位深度。

2.根据权利要求1所述的液位检测系统，其特征在于，所述液位检测系统还包括浮块；所述浮块的接触液体表面的底面为金属材质的，所述第二金属部为所述浮块的底面。

3.根据权利要求2所述的液位检测系统，其特征在于，所述盛液容器内设置有一隔板，所述隔板将所述盛液容器分为第一部分和与第一部分连通的第二部分，所述浮块限位至所述第一部分。

4.根据权利要求1所述的液位检测系统，其特征在于，所述第一参考金属部、第一金属部、第二参考金属部和第二金属部的面积彼此相等。

5.根据权利要求1所述的液位检测系统，其特征在于，所述第一分压电路包括串联的第一参考金属部、参考电阻、第一金属部和第一上拉电阻；所述第二分压电路包括串联的第二参考金属部、液位电阻、第二金属部和第二上拉电阻。

6.根据权利要求5所述的液位检测系统，其特征在于，所述第一上拉电阻和第二上拉电阻的阻值相等，且所述第一上拉电阻上拉的第一电源和所述第二上拉电阻上拉的第二电源也相等。

7.根据权利要求6所述的液位检测系统，其特征在于，所述液位检测系统还包括主控芯片，所述第一电源和第二电源为所述主控芯片的电源输出口，且所述主控芯片的第一采集端和第二采集端分别连接所述第一分压电路的输出端和第二分压电路的输出端。

8.根据权利要求7所述的液位检测系统，其特征在于，所述液位检测系统还包括第一滤波电路和第二滤波电路，所述第一滤波电路设置在所述第一采集端和所述第一分压电路的输出端之间，所述第二滤波电路设置在所述第二采集端和所述第二分压电路的输出端之间。