CN202204566U - 一种新型液位传感器 - Google Patents

Abstract

一种新型液位传感器，主要包括防水外壳，防水裙边，感应棒公共极，卫星感应棒，信号处理电路，灵敏度修正极，其特征在于：所述信号处理电路设置在防水外壳内，且防水外壳上设有防水裙边，信号处理电路外接有感应棒公共极，卫星感应棒，灵敏度修正极。本实用新型有效阻止液体中的杂质对传感器各个感应棒安装座部位的粘附与腐蚀。且结构简单、制造工艺简单，适合批量生产。

Description

一种新型液位传感器

技术领域

本实用新型属于液位监测领域，特别涉及一种新型液位传感器。 

背景技术

目前市场上广泛应用的液位传感器大多为电极式、串联电阻式和传统电容式，主要存在以下问题： 

一、无法真正做到抗结垢以及待测液体中悬浮物的粘附，所以容易因为待测液体中污垢以及电化学腐蚀等因素，使得其使用寿命很短，同时由于其测量依赖于待测液体的良好导电性能，故对所测液体的导电性还有较高要求，对于导电能力不同的液体，串联电阻式的测量结果将会出现较大的误差，甚至是测量结果错误，不适宜更多液体的液位测量； 

二、耐腐蚀性差，同样影响使用寿命，由于结垢和腐蚀的影响，在使用寿命的后期将出现严重漂移误差甚至是失效； 

三、由于待测液体中有电流通过，会与待测液体中的电解质以及电极之间产生电解作用，影响待测液体的成分，造成待测液体污染，同时其电解所产生的微量气泡会聚集在各个电极端，使得串联电阻式或电极式的各电极端之间的电阻升高，其效果等同于水位的上升或下降，随着气泡聚集量的增多或减少，测量结果会随之逐渐偏移正确液位数值。 

四、传统电容式液位计由于是通过测量两极板间的电容的变化来测量液面的高低，两电极间的介质是液体及其上面的气体，只有当待测液体与气体的介电常数不同且恒定时，才能准确的测量电容值随液位的变化，从而反映出水位的高低变化，但由于待测液体与液体上面的气体的介电常数在实际的环境中是不可能保持恒定不变的，而且在大多数情况下会由于受温度和湿度等外界环境的影响，其介电常数将产生较大的变化，此时即使水位无变化，电容值也会随着介电常数的变化而变化，从而使得测量的电容值无法准确反映出实际水位的高低。 

五、同时传统电容式液位传感器则无法适应多种待测测液体，每测一种待测液体都需要调试传感器的参数，这是因为液体的介电常数一般来说是随着温度、时间和所在地区的不同而不同，对不同的待测液体，传感器参数也需要作与之对应的相应人工调整，且当普通的电容式液位传感器在温度或所测液体的介电常数出现变化时，将使得所测电容出现变化，从而使得测量结果出现错误，不能适应介电常数及温度不恒定的液体测量。 

六、传统电容式液位传感器需盛放液体的容器为金属导体等导电材料，且需将构成电容的一极与液体容器的外筒壁金属导体相连，因此安装不方便，且需盛放液体的容器壁为导电材料。 

实用新型内容

本实用新型的技术任务是针对以上现有技术不足而提供了一种新型液位传感器。 

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种新型液位传感器，主要包括防水外壳，防水裙边，感应棒公共极，卫星感应棒，信号处理电路，灵敏度修正极，其中，所述信号处理电路设置在防水外壳内，且防水外壳上设有防水裙边，信号处理电路外接有感应棒公共极，卫星感应棒，灵敏度修正极。 

所述信号处理电路由电容C1与C2串联，由二极管D2与电容C3对电容C2上的信号波形滤波后，经由数模转换器AD转换后由微处理器MCU读取已数字化的传感器信息。 

所述感应棒公共极为一个，所述卫星感应棒根据需测液位点的数量为一个或多个。 

所述灵敏度修正极、感应棒公共极、卫星感应棒以及信号处理电路外表面覆盖有机硅胶或聚四氟乙烯。 

所述感应棒公共极下端管中设有温度传感器。 

所述各卫星感应棒长短不一，分别与相应液位高度对应，且各感应棒间隔摆放，互相平行，或以感应棒公共极为中心向下呈发散状分布，感应棒公共极为底端封闭的管状结构。 

所述液位传感器防水裙边为上端封闭下端未封闭的管状结构，防水裙边下沿为一圈锯齿状结构，防水裙边内侧与传感器各个感应棒保持一定的距离。 

所述信号处理电路由电容C1与电阻R串联，二极管D1与电阻R并联，由二极管D2与电容C3对电阻R上的信号波形滤波后，经由数模转换器AD转换后由微处理器MCU读取已数字化的传感器信息。 

本实用新型具有以下有益效果： 

一、由于本实用新型使用了具备抗高温及不易结水垢特点的有机硅胶或聚四氟乙烯，所以能抗结垢及拒黏附待测液体中黏附物，有效保证了其使用寿命。 

二、本实用新型不依赖液体导电能力，故可适应各种液体液位测量，同时由于本实用新型未借助传统用电流通过导电液体的测量方式，所以即使出现腐蚀、水垢、对测量结果也不会产生任何影响。 

三、测量时，由于待测液体中无电流通过，无任何电解反应，故不会影响待测液体成分，避免了对待测液体的污染。 

四、可以采用一个感应棒公共极，多个卫星感应棒，卫星感应棒长短不一，分多个测量点分别检测，从而实现数字化测量。 

五、当传感器表面涂层由于各种原因而出现局部破损时，不影响传感器的正常工作，且 破损面将由于长期结垢而实现自我修复，传感器恢复如初。 

六、由于本液位传感器仅用到一些不锈钢棒，简单可靠的信号处理电路以及传感器表面涂层，故成本较低，使用寿命长，且结构简单、制造工艺简单，适合批量生产。 

七、本液位传感器无需像传统的电容式传感器那样需将构成电容的一极与液体容器的外筒壁金属导体相连，也无需外筒壁为导电金属材质，同时外形为桶形，适宜更多的安装环境。 

八、本液位传感器独特的防水裙边(10)可有效阻止液体中的杂质对传感器各个感应棒安装座部位的粘附与腐蚀。 

附图说明

附图1为本实用新型结构示意图。 

附图2为本实用新型各感应棒俯视图。 

附图3为本实用新型信号处理电路图。 

附图4为本实用新型信号处理电路电气原理图。 

具体实施方式

参照说明书附图对本实用新型作以下详细说明： 

如图所示，一种新型液位传感器，主要包括防水外壳9，防水裙边10，感应棒公共极1，卫星感应棒2，信号处理电路3，灵敏度修正极8，其中，所述信号处理电路3设置在防水外壳9内，且防水外壳9上设有防水裙边10，信号处理电路3外接有感应棒公共极1，卫星感应棒2，灵敏度修正极8。 

所述信号处理电路3由电容C1与C2串联，由二极管D2与电容C3对电容C2上的信号波形滤波后，经由数模转换器AD7转换后由微处理器MCU6读取已数字化的传感器信息。 

所述感应棒公共极1为一个，所述卫星感应棒2根据需测液位点的数量为一个或多个。 

所述灵敏度修正极8、感应棒公共极1、卫星感应棒2以及信号处理电路3外表面覆盖有机硅胶或聚四氟乙烯。 

所述感应棒公共极1下端管中设有温度传感器4。 

所述各卫星感应棒2长短不一，分别与相应液位高度对应，且各感应棒间隔摆放，互相平行，或以感应棒公共极1为中心向下呈发散状分布，感应棒公共极1为管状结构。 

所述信号处理电路由电容C1与电阻R串联，二极管D1与电阻R并联，由二极管D2与电容C3对电阻R上的信号波形滤波后，经由数模转换器AD转换后由微处理器MCU读取已数字化的传感器信息。 

所述C1为感应棒公共极分别与各个卫星感应棒以及灵敏度修正极所形成的多个电容的统称。 

现仅以四个卫星感应棒为例，具体工作流程如下： 

一、传感器正常工作流程： 

信号处理电路3向卫星感应棒21发送交流或脉动直流信号，此时交流或脉动直流信号通过卫星感应棒21与感应棒公共极1所形成的电容时的阻力(容抗)将会随着卫星感应棒21与感应棒公共极1之间有无液体浸没而明显变化。卫星感应棒21与感应棒公共极1之间有液体浸没时，其电容会明显增大，对高频信号所形成的容抗就会变小，据此即可实时判断液位已经浸到卫星感应棒21的高度。 

同理，信号处理电路3向卫星感应棒22发送交流或脉动直流信号，此时交流或脉动直流信号通过卫星感应棒22与感应棒公共极1所形成的电容时的阻力(容抗)将会随着卫星感应棒22与感应棒公共极1之间有无液体浸没而明显变化。卫星感应棒22与感应棒公共极1之间有液体浸没时，其电容会明显增大，对高频信号所形成的容抗就会变小，据此即可实时判断液位已经浸到卫星感应棒22的高度。 

同理，判断是否有液体浸至卫星感应棒23以及卫星感应棒24高度的判断同卫星感应棒21，卫星感应棒22相同。 

同样，也可以向感应棒公共极1发送交流或脉动直流信号，分别在各个卫星感应棒处测量感应棒公共极1与相应的各个卫星感应棒2之间的电容容抗变化。 

在实际应用中，有更多的卫星感应棒时，其判断方法同上。 

二、传感器自修复功能的实现： 

传感器与感应棒公共极1和各个卫星感应棒2以及灵敏度修正极8表面所覆盖的有机硅胶或聚四氟乙烯覆盖物细微部位如果出现绝缘不良时，则其裸露的金属表面将会在水中逐步形成水垢，特别是感应棒公共极1与某个或几个卫星感应棒2或灵敏度修正极8同时出现绝缘不良时，将会在它们之间形成电流，更加利于水垢的快速形成，从而可以更快的形成一层由水垢构成的新的绝缘层，从而使得传感器绝缘恢复如初，且由于传感器表面覆盖的有机硅胶或聚四氟乙烯材料不利于水垢晶核的形成，且具有很大的膨胀系数，故当水垢将绝缘不良的细微部位填充至与传感器表面覆盖物齐平后，将很难再继续生长。 

三、传感器外绝缘损坏时，不影响传感器的正常工作： 

原因为：如果传感器感应棒公共极1出现绝缘损坏或各个卫星感应棒2中的某个或几个感应棒之间的绝缘损坏，或者灵敏度修正极8绝缘损坏，当有液体没过时，其对高频信号所形成的容抗同样会减小，而且减小的会更加明显。特别是当感应棒公共极1和各个卫星感应棒2或灵敏度修正极8同时出现绝缘损坏时，将会有电流直接通过液体(如果为导电液体)，则其对高频交流信号所形成的阻抗(容抗并联液体电阻)会更加明显的减小，从而更加利于 及时灵敏地感应到是否有液体浸没至感应棒公共极1和各个卫星感应棒2或灵敏度修正极8。 

四、信号处理电路工作原理： 

如图3中所示，C1与电容C2形成串联电路，当有高频交流或脉动直流通过C1与C2所形成的串联电路时，由于C1随有无液体浸没相应的感应棒而出现明显变化，从而其容抗或容抗并联液体电阻(感应棒当绝缘有损坏时将还有液体电阻与容抗并联)所形成的阻抗的总和将会明显变化，从而C2上的交流或直流脉动信号的振幅也将变化，此变化经二极管D2与电容C3滤波后，形成较稳定的直流电压信号，将此模拟信号送至模数转换AD7转换为数字信号，再交由微处理器MCU6判断处理，其中二极管D1起到基本消除信号负半周对输出直流信号的削弱作用，起到增强检测到的信号强度的作用，以利于模数转换AD7电路对信号的转换。 

另：还可以将图3与图4中的电容C2换成一个大小合适的电阻R，利用C1与此电阻R串联测量，经反复试验，其测量效果也非常好，原理与以上介绍的基本相同，此处不再重复介绍。 

五、传感器自我修正功能的实现： 

当信号处理电路已经感应到灵敏度修正极8已浸入液体中时，而在各卫星感应棒2中的最短的卫星传感棒24上并没有测到液位浸到的信号，则说明传感器灵敏度在长期的工作中，由于各种原因已经出现下降，则此时信号处理电路自动修正传感器灵敏度，逐步提高传感器的灵敏度，直至下次液位升降时，各卫星感应棒2中的最短的卫星传感器24上已灵敏测到液位浸到的信号，而灵敏度修正极8完全没有检测到液体浸到的信号为止(即：卫星感应棒2中的最短的卫星传感器24已经浸到液体中，而灵敏度修正极8完全没有浸到液体中)。 

由于灵敏度修正极8在正常应用中很少浸到液体中(只有在传感器灵敏度过低时才偶尔浸到液体中)，所以其基本不受水垢及液体中粘附物的影响，始终可以保持高灵敏度。 

六、在传感器自我修正功能中的传感器灵敏度调节的实现： 

传感器正常工作时，通过不断的比对各个卫星感应棒2无液体浸到与有液体浸到时的容抗(或容抗并联液体电阻所形成的总阻抗)之差来判断是否有液体浸到对应的卫星传感器2。无液体浸到与有液体浸到的容抗(或容抗并联液体电阻所形成的总阻抗)差值越大，则说明浸没的长度越多，由此可见，只要将微处理器判断是否已经浸到各个卫星传感器的差值调小，则灵敏度就会相应得到提高。 

七、传感器防水裙边的作用 

传感器在工作时，如果由于液位过高而将传感器全部没入液体中，这时传感器的各个感 应棒的安装座将可能受到液体中的一些杂质的粘附与腐蚀，本传感器在加装防水裙边10后，由于本防水裙边10为上端封闭下端未封闭的管状结构，所以在水没过防水裙边10后，由于防水裙边10中存在空气而使得液体无法将防水裙边内填充满液体，从而就无法浸没防水裙边10内的感应棒安装座部位，从而保护了感应棒安装座免受液体中的一些杂质的粘附与腐蚀；同时由于本防水裙边10下沿为一圈锯齿状结构，从而可以有效的破坏液体的表面张力，使得液体液位降落后，不会在防水裙边10的下沿形成封闭的液体薄膜，避免了对传感器的正常工作造成影响。 

Claims (8)

1.一种新型液位传感器，主要包括防水外壳，防水裙边，感应棒公共极，卫星感应棒，信号处理电路，灵敏度修正极，其特征在于：所述信号处理电路设置在防水外壳内，且防水外壳上设有防水裙边，信号处理电路外接有感应棒公共极，卫星感应棒，灵敏度修正极。

2.根据权利要求1所述的一种新型液位传感器，其特征在于：所述信号处理电路由电容C1与C2串联，二极管D1与电容C2并联，由二极管D2与电容C3对电容C2上的信号波形滤波后，经由数模转换器AD转换后由微处理器MCU读取已数字化的传感器信息。

3.根据权利要求1所述的一种新型液位传感器，其特征在于：所述感应棒公共极为一个，所述卫星感应棒根据需测液位点的数量为一个或多个。

4.根据权利要求1所述的一种新型液位传感器，其特征在于：所述灵敏度修正极、感应棒公共极、卫星感应棒以及信号处理电路外表面覆盖有机硅胶或聚四氟乙烯。

5.根据权利要求1所述的一种新型液位传感器，其特征在于：所述感应棒公共极下端管中设有温度传感器。

6.根据权利要求1所述的一种新型液位传感器，其特征在于：所述各卫星感应棒长短不一，分别与相应液位高度对应，且各感应棒间隔摆放，互相平行，或以感应棒公共极为中心向下呈发散状分布，感应棒公共极为管状结构。

7.根据权利要求1所述的一种新型液位传感器，其特征在于：所述液位传感器防水裙边为上端封闭下端未封闭的管状结构，防水裙边下沿为一圈锯齿状结构，防水裙边内侧与传感器各个感应棒保持一定的距离。

8.根据权利要求1所述的一种新型液位传感器，其特征在于：所述信号处理电路由电容C1与电阻R串联，二极管D1与电阻R并联，由二极管D2与电容C3对电阻R上的信号波形滤波后，经由数模转换器AD转换后由微处理器MCU读取已数字化的传感器信息。 

Images