CN1657884A - 一种物位传感器的测量方法及其装置 - Google Patents

一种物位传感器的测量方法及其装置 Download PDF

Info

Publication number
CN1657884A
CN1657884A CN 200410005775 CN200410005775A CN1657884A CN 1657884 A CN1657884 A CN 1657884A CN 200410005775 CN200410005775 CN 200410005775 CN 200410005775 A CN200410005775 A CN 200410005775A CN 1657884 A CN1657884 A CN 1657884A
Authority
CN
China
Prior art keywords
probe
height
take advantage
liquid
aerial
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN 200410005775
Other languages
English (en)
Inventor
林金
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to CN 200410005775 priority Critical patent/CN1657884A/zh
Publication of CN1657884A publication Critical patent/CN1657884A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)

Abstract

一种物位传感器由两个探头(1)、(2)和数字信号处理器组成的，将两个探头探测到的数值输送给能把模拟信号转换成数字信号的设备(3)、(4)转换成数字信号后传送给数字信号处理器(5)进行数字处理，约去介电常数或磁导率或电阻率，使测量精度不受被测物体的介电常数或磁导率或电阻率等这类物理性能变化的影响，这样探测精度高，而且不需要浮子，不需要机电配合，因此结构简单可靠，适用于测量交通工具的汽油贮藏量和洗衣机的水位测控。

Description

一种物位传感器的测量方法及其装置
(一)技术领域：本发明涉及一种测量物位的方法和装置，特别.适用于测量交通工具的汽油贮藏量和洗衣机的水位测控。
(二)背景技术：现在机电配合的物位传感器测量精度低，机械故障多，电容液位传感器的测量精度虽然比机电配合的物位传感器的精度高得很多，但常受电介质介电常数的变化影响而有误差。
(三)发明内容：本发明的目的是为克服上述不足，提供一种无机电配合，不需要浮子，测量精度不受被测物质的介电常数、磁导率、电阻率等这类物理性能变化影响的物位传感器测量方法及其装置。
本发明目的是这样实现的：同时采用第一探头(1)和第二探头(2)为一组探测物位，每组探头由电容C、或电感L、或导体(电阻)R的任何一种物质组成均可，其探测方法是将第一探头(1)第二探头(2)探测到的数据进行相除约去介电常数、磁导率、电阻率，当液体和空气的介电常数、磁导率、电阻率分别相差不大时就不能直接相除，就要将其值的公式分别进行数学恒等变换，变换成一个含和液面高度以及液体介电常数、磁导率、电阻率这些其值不稳定且变化较大的部分，和另一个和空气的介电常数、磁导率、电阻率这些其值较稳定且变化不大的部分，消去后一部分然后再分别相除后，就能约去和液体介电常数或磁导率或电阻率等这类随物质物理性能变化而变化的外因，这样就实现了探测物位和被探测物质物理性质无关的优点。其工作原理是：将两个电容、或两个电感、或两对导体(电阻)组成的双探头插入液体中，其值分别为：C1＝2兀E1h1/Ln(r2/r1)+2兀E2h2/Ln(r2/r1)、L1＝N2S/(h1/u1+h2/u2)、1/R1＝h1/P1+h2/P2和C2＝2兀E1H1/Ln(r2/r1)+2兀E2H2/Ln(r2/r1)、L2＝N2S/(H1/u1+H2/u2)、1/R2＝H1/P1+H2/P2
以上式子中C电容、L电感、R电阻、h1、H1是第一探头(1)第二探头(2)分别在空气中的高度、h2、H2是第一探头(1)第二探头(2)分别在液体中高度、N线圈数、u1空气磁导率、u2液体磁导率、E1空气介电常数、E2液体介电常数，P1、P2是和电阻率有关的常数，r1、r2分别为电容内外电极半径，S电感探头横截面。
将上述中的电容探头、电感探头、电阻探头的电容值、电感值、电阻值的式子分别数学恒等变换后得：
C1＝2兀(E2-E1)h2/Ln(r2/r1)+2兀E1(h1+h2)/Ln(r2/r1)
1/L1＝h2(1/u2-1/u1)/N2S+(h1+h2)/N2Su1
1/R1＝h1/P1+h2/P2
C2＝2兀(E2-E1)H2/Ln(r2/r1)+2兀E1(H1+H2)/Ln(r2/r1)
1/L2＝H2(1/u2-1/u1)/N2S+(H1+H2)/N2Su1
1/R2＝H1/P1+H2/P2
分别消去上述式子中的2兀E1(h1+h2)/Ln(r2/r1)、(h1+h2)/N2Su1、h1/p1和2兀E1(H1+H2)/Ln(r2/r1)、(H1+H2)/N2Su1、H1/P1
后剩下2兀(E2-E1)h2/Ln(r2/r1)、h2(1/u2-1/u1)/N2S、h2/p2和2兀(E2-E1)H2/Ln(r2/r1)、H2(1/u2-1/u1)/N2S、H2/P2
再将其值分别相除得：h2/H2。
如果液体和空气的介电常数、磁导率、电阻率相差很大，可直接相除，如：测水时的电阻传感器中由于P1大大于P2，1/R1约等于h2/p2，1/R2约等于H2/P2，因此可直接相除得h2/H2，省略了消去这一步骤。
上述公式及其变换，是以某种形状的电容、电感、电阻为例进行换算的，也可以用其它形状的电容、电感、电阻，只是公式不同而已，一个熟练的技术人员完全能够通过本说明书、权利要求书，无创造性劳动就能完成。另外也可以将C2始终浸在液体中，使H2值保持不变，使问题简单化，也可以变换公式得到浸在液体中的面积之比A1/A2，从中得出液位的高度。
这种物位传感器的测量方法和装置，不用机电配合，排除了机械故障，又不受被测物体的介电常数、磁导率、电阻率等物理性能变化的影响，因此精确度高而且稳定。
(四)附图说明：
图1、一种物位传感器探头示意图
图2、物位传感器测量装置示意图之一。
图3、物位传感器测量装置示意图之二。
图4、物位传感器测量装置示意图之三。
图5、运行流程图。
(五)具体实施方式：
1、参见图1，每组探头可由电容C、或电感L、或导体(电阻)R组成，每次探测物位时，要采用第一探头(1)和第二探头(2)作为一组同时进行。
2、参见图2，进一步详细描述，物位传感器的测量装置是将探头(1)、(2)测到的值输送给能把模拟信号转换成数字信号的设备(3)、(4)，该设备再把转换成的数字信号传送给数字处理器(5)进行数字处理，处理后输出一信号给应用系统(6)。有的信号处理器本身具有内部数模转换器，设备(3)、(4)就可省去。即把两个电容、或两个电感、或两对电阻组成的双探头插入液体中，将探测到的数据用单片机、或微电脑、pc机、或其它能有运算功能的设备如ECU、运算放大器进行处理后相除，消去介电常数、或磁导率、或电阻率。
3、参见图3，将探测液体的探头(1)、(2)和探测空气的探头(7)所探测到的信号，通过将模拟信号转换成数字信号的模数转换器(3)、(4)、(8)，转换成数字信号后传给单片机、或微电脑、或PC机、或其它能有运算功能的设备如ECU(5)进行数字处理后相除，然后传给显示器或其它应用设备(6)，为了更精确，这里先用探头7探测出空气的E1、u1、p1后再通过单片机、或微电脑、或PC机、或其它能有运算功能的设备如ECU算出2兀E1(h1+h2)/Ln(r2/r1)、(h1+h2)/N2Su1、h1/P1和2兀E1(H1+H2)/Ln(r2/r1)、(H1+H2)/N2Su1、H1/P1后去和测量值相减，减后剩下2兀(E2-E1)h2/Ln(2r/r1)、h2(1/u2-1/u1)/N2S、h2/p2和2兀(E2-E1)H2/Ln(r2/r1)、H2(1/u2-1/u1)/N2S、H2/P2相除，可以提高测量精度。
4、除了用模数转换器外，所有能将模拟信号转换成数字信号的设备都可以利用，这方面有关资料介绍很多，这里不再赘述，这里只介绍本人发明的一种不用模数转换器实现模数转换的方法，以8051单片机进行设计为例，参见图4，图中虚线内为两个能将模拟信号转变成数字信号的多谐振荡器(9)，探头(1)、(2)分别是两个多谐振荡器中决定振荡频率的元件，即决定多谐振荡信号高低电平的时间，此电平分别通过单片机的P3.2、P3.3口决定单片机(5)定时器的开或闭，单片机将定时器定时结果分别减去2兀E1(h1+h2)/Ln(r2/r1)、(h1+h2)/N2Su1、h1/p1和2兀E1(H1+H2)/Ln(r2/r1)、(H1+H2)/N2Su1、H1/P1后相除，除值从P口输出给其它设备供其应用。
5、再介绍一种直接读电容、电感值的方法，电子工业出版社2000年4月出版的俞光昀、王绮红、吴一锋编著的“PIC系列单片机开发应用技术”一书第152页介绍了“用PIC单片机制作电感测量仪”中提供了一种较准确读电感值的方法装置，按照这个原理，只要将其中被测电感换成电容，并稍加改变，也能得到较准确的读电容值的方法装置，书中看起来好象没有提到模数转换器，实质上它的外部硬件在软件的配合下，就起到将模拟信号变换成数字信号的作用，因为单片机等数字信号处理器只能对数字信号进行运算。PIC单片机再按图5的运行流程图将所得数字进行处理，分别减去2兀E1(h1+h2)/Ln(r2/r1)、(h1+h2)/N2Su1、h1/p1和2兀E1(H1+H2)/Ln(r2/r1)、(H1+H2)/N2Su1、H1/P1后相除，除值从GP口输出给其它设备供其应用，就得到了一种物位传感器的测量方法及其装置。
完成上述过程是这样进行的：见图5运行流程图，单片机、或微电脑、或PC机、或其它能有运算功能的设备如ECU先将被测数值即探头1测量值和探头2测量值分别减去设定值2兀E1(h1+h2)/Ln(r2/r1)、(h1+h2)/N2Su1、h1/p1，和2兀E1(H1+H2)/Ln(r2/r1)、(H1+H2)/N2Su1、H1/P1然后相除，由于上式的2兀E1(h1+h2)/Ln(r2/r1)、(h1+h2)/N2Su1、h1/p1和2兀E1(H1+H2)/Ln(r2/r1)、(H1+H2)/N2Su1、H1/P1的值受外因变化而变化得很小，可以认为是定值，可以事先设定在单片机、或微电脑、或PC机、或其它能有运算功能的设备如ECU中。也可以为了更精确，而将测出空气的E1、u1、p1再通过单片机、或微电脑、或PC机、或其它能有运算功能的设备如ECU算出2兀E1(h1+h2)/Ln(r2/r1)、(h1+h2)/N2Su1、h1/p1和2兀E1(H1+H2)/Ln(r2/r1)、(H1+H2)/N2Su1、H1/P1后去和测量值相减，减后剩下2兀(E2-E1)h2/Ln(2r/r1)、h2(1/u2-1/u1)/N2S、h2/p2和2兀(E2-E1)H2/Ln(r2/r1)、H2(1/u2-1/u1)/N2S、H2/P2相除.
6，除了用单片机、或微电脑、或PC机、或其它能有运算功能的设备如ECU完成减去2兀E1(h1+h2)/Ln(r2/r1)、(h1+h2)/N2Su1、h1/p1和2兀E1(H1+H2)/Ln(r2/r1)、(H1+H2)/N2Su1、H1/P1外还可以用串一电容使电容C和电感探头中的(h1+h2)/N2Su1、(H1+H2)/N2Su1的电感值谐振，达到消去(h1+h2)/N2Su1和(H1+H2)/N2Su1的目的。
7，也可并一电感L，使L和电容探头中的2兀E1(h1+h2)/Ln(r2/r1)和2兀E1(H1+H2)/Ln(r2/r1))的电容值谐振达到消去2兀E1(h1+h2)/Ln(r2/r1)和2兀E1(H1+H2)/Ln(r2/r1)的目的。
8，接一负阻达到消去h1/p1 H2/P2的目的。
9，用运算放大器完成上述相减和相除的过程，这是公知的，可参见何希才、何瑜编著的科学出版社93年3月出版的“最新集成电路应用”一书。
10、当液体电阻率很小时，探头除了用导体之外，还可用较液体电阻率大得多的电阻组成，此时液体淹没处以下的电阻探头等于被短路，本文上述有关电阻探头探测运算中减和除的工作过程和所需设备就可省去，探头只由一对并排电阻构成，电阻值由空气段探头长度决定，公式R＝KD，K为探头电阻率有关系数，D为探头空气段高度。
以上只是通过一些实施例解释本发明，一个熟练的技术人员完全能够在权利说明书范围内采用各种替换方式进行实现.。

Claims (9)

1、一种物位传感器的测量方法，包括两个探头，其特征是：探头是由电容、电感、电阻中的任何一种组成，测量时将两个电容或两个电感或两对电阻探头插入被测物体中，将测到的数值通过有运算功能的设备进行处理相除，消去被测物体的介电常数、或磁导率、或电阻率。
2、根据权利1所述的一种物位传感器的测量方法，其特征是用单片机、或微电脑、或pc机、或其它能有运算功能的设备如ECU、运算放大器完成将测到的数值分别减去2兀乘空气介电常数E1乘(第一探头在空气中的高度h1+第一探头在液体中的高度h2)/Ln(第一探头电容外内电极半径的比r2/r1)、(第一探头在空气中的高度h1+第一探头在液体中的高度h2)/线圈数N2乘电感探头的横截面S乘空气的磁导率u1、第一探头在空气中的高度h1/电阻率有关常数P1、和2兀乘空气介电常数E1乘(第二探头在空气中的高度H1+第二探头在液体中的高度H2)/Ln(第二探头电容外内电极半径的比r2/r1)、(第二探头在空气中的高度H1+第二探头在液体中的高度H2)/线圈数N2乘电感探头的横截面S乘空气的磁导率u1、第二探头在空气中的高度H1/电阻率有关常数P1的数字处理工作后相除。
3、根据权利1所述的一种物位传感器的测量方法，其特征是可用串联电容或并联电感或接负阻的方法完成对被测数据分别减去2兀乘空气介电常数E1乘(第一探头在空气中的高度h1+第一探头在液体中的高度h2)/Ln(第一探头电容外内电极半径的比r2/r1)、(第一探头在空气中的高度h1+第一探头在液体中的高度h2)/线圈数N2乘电感探头的横截面S乘空气的磁导率u1、第一探头在空气中的高度h1/电阻率有关常数P1、和2兀乘空气介电常数E1乘(第二探头在空气中的高度H1+第二探头在液体中的高度H2)/Ln(第二探头电容外内电极半径的比r2/r1)、(第二探头在空气中的高度H1+第二探头在液体中的高度H2)/线圈数N2乘电感探头的横截面S乘空气的磁导率u1、第二探头在空气中的高度H1/电阻率有关常数P1的数字处理工作后相除。
4、根据权利1所述的一种物位传感器的测量方法，其特征是电阻可用电阻率很小的导体构成。
5、一种物位传感器测量的装置，其特征：探头由两个电容探头或两个电感探头或两对电阻探头(1)、(2)组成的，两个探头探测到的数值送给数字处理器(5)，进行数字处理工作后相除。
6、根据权利5所述的一种物位传感器测量的装置，其特征是将测到的数值通过处理即分别减去2兀乘空气介电常数E1乘(第一探头在空气中的高度h1+第一探头在液体中的高度h2)/Ln(第一探头电容外内电极半径的比r2/r1)、(第一探头在空气中的高度h1+第一探头在液体中的高度h2)/线圈数N2乘电感探头的横截面S乘空气的磁导率u1、第一探头在空气中的高度h1/电阻率有关常数P1、和2兀乘空气介电常数E1(第二探头在空气中的高度H1+第二探头在液体中的高度H2)/Ln(第二探头电容外内电极半径的比r2/r1)、(第二探头在空气中的高度H1+第二探头在液体中的高度H2)/线圈数N2乘电感探头的横截面S乘空气的磁导率u1、第二探头在空气中的高度H1/电阻率有关常数P1后相除的设备是由单片机、或微电脑、或pc机、或其它能有运算功能的设备如ECU、运算放大器构成的。
7、根据权利5所述的一种物位传感器测量的装置，其特征是可用串联电容或并联电感或接负阻的结构完成对被测数据分别减去2兀乘空气介电常数E1乘(第一探头在空气中的高度h1+第一探头在液体中的高度h2)/Ln(第一探头电容外内电极半径的比r2/r1)、(第一探头在空气中的高度h1+第一探头在液体中的高度h2)/线圈数N2乘电感探头的横截面S乘空气的磁导率u1、第一探头在空气中的高度h1/电阻率有关常数P1、和2兀乘空气介电常数E1乘(第二探头在空气中的高度H1+第二探头在液体中的高度H2)/Ln(第二探头电容外内电极半径的比r2/r1)、(第二探头在空气中的高度H1+第二探头在液体中的高度H2)/线圈数N2乘电感探头的横截面S乘空气的磁导率u1、第二探头在空气中的高度H1/电阻率有关常数P1的数字处理工作后相除。
8、根据权利5所述的一种物位传感器测量的装置，其特征是电阻可用电阻率很小的导体构成。
9、一种物位传感器的测量装置，其特征是探头可用一对并排电阻构成。
CN 200410005775 2004-02-20 2004-02-20 一种物位传感器的测量方法及其装置 Pending CN1657884A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 200410005775 CN1657884A (zh) 2004-02-20 2004-02-20 一种物位传感器的测量方法及其装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 200410005775 CN1657884A (zh) 2004-02-20 2004-02-20 一种物位传感器的测量方法及其装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN1657884A true CN1657884A (zh) 2005-08-24

Family

ID=35007517

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN 200410005775 Pending CN1657884A (zh) 2004-02-20 2004-02-20 一种物位传感器的测量方法及其装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN1657884A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101794423A (zh) * 2008-12-29 2010-08-04 英特尔公司 将物理物体从现实物理生活传送到虚拟世界的系统和方法
CN101435788B (zh) * 2008-12-17 2012-05-02 中国人民解放军国防科学技术大学 基于介电常数测量的在线油液监测传感器及其系统
CN110455370A (zh) * 2019-08-18 2019-11-15 安徽省（水利部淮河水利委员会）水利科学研究院（安徽省水利工程质量检测中心站） 防汛抗旱远程遥测显示系统
US10552550B2 (en) 2015-09-26 2020-02-04 Intel Corporation Technologies for physical programming

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101435788B (zh) * 2008-12-17 2012-05-02 中国人民解放军国防科学技术大学 基于介电常数测量的在线油液监测传感器及其系统
CN101794423A (zh) * 2008-12-29 2010-08-04 英特尔公司 将物理物体从现实物理生活传送到虚拟世界的系统和方法
CN101794423B (zh) * 2008-12-29 2013-10-23 英特尔公司 将物理物体从现实物理生活传送到虚拟世界的系统和方法
US8754886B2 (en) 2008-12-29 2014-06-17 Intel Corporation Systems and methods for transporting physical objects from real physical life into virtual worlds
US10552550B2 (en) 2015-09-26 2020-02-04 Intel Corporation Technologies for physical programming
CN110455370A (zh) * 2019-08-18 2019-11-15 安徽省（水利部淮河水利委员会）水利科学研究院（安徽省水利工程质量检测中心站） 防汛抗旱远程遥测显示系统
CN110455370B (zh) * 2019-08-18 2020-10-02 安徽省（水利部淮河水利委员会）水利科学研究院（安徽省水利工程质量检测中心站） 防汛抗旱远程遥测显示系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101435788B (zh) 基于介电常数测量的在线油液监测传感器及其系统
CN102193031B (zh) Ac阻抗测量装置
CN105547126A (zh) 一种电涡流位移传感器
CN101008580A (zh) 电阻式浪高仪
CN207976198U (zh) 一种电容式液位检测装置
CN105866713B (zh) 状态反馈式自激励磁通门传感器
CN105928449A (zh) 一种电感式位移传感器的数据处理方法
Santhosh et al. Design of an instrument for liquid level measurement and concentration analysis using multisensor data fusion
CN2854506Y (zh) 新型电平衡式差动电容测微仪
CN1657884A (zh) 一种物位传感器的测量方法及其装置
CN113341195B (zh) 一种基于隧道磁阻元件的电流测量方法、测量装置及设备
Park et al. High accuracy pressure type liquid level measurement system capable of measuring density
CN105974203A (zh) 一种微小电容测量方法及装置
CN109187732A (zh) 一种带提离距离测量的巴克豪森信号检测探头及测量方法
CN108680616A (zh) 一种数字化处理的湿度传感装置及方法
CN101329215A (zh) 电容式差压传感器的输出测量电路及测量方法
Hamanaka et al. Portable non-invasive capacitive transducer for measuring fuel level
Avramov-Zamurovic et al. A high-stability capacitance sensor system and its evaluation
CN106353616A (zh) 一种列车对轨旁计轴器的磁场干扰测量系统
CN214122085U (zh) 一种基于电容成像技术的复合材料缺陷检测装置
CN115718214A (zh) 电压测量方法和装置
CN105116018B (zh) 基于开关电容原位自校准技术的lc振荡器磁敏生物传感器
CN104914136B (zh) 一种差分信号交织控制的土壤含水率传感器
CN1033604C (zh) 一种分段电容式物位检测方法
CN110794321A (zh) 一种电池储能装置的绝缘电阻监测方法及系统

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication