CN202433057U

CN202433057U - 一种液位检测装置

Info

Publication number: CN202433057U
Application number: CN2012200227505U
Authority: CN
Inventors: 于京; 朱恭生; 吴友兰; 蔡志芳
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-01-17
Filing date: 2012-01-17
Publication date: 2012-09-12
Anticipated expiration: 2022-01-17

Abstract

本实用型提供了一种液位检测装置，包括电容单元，频率采集单元和频率标定、波形转换单元。本实用新型的有益效果在于，通过本实用新型的液位检测装置，液位变化带动的频率变化，从而测量液位的高度。其抗干扰能力强，便于信号传输；通过改变极板电容的高度可以任意改变量程范围；探测电极加工简单，成本低；能够用于各种液体液位的检测；并能够克服“挂液”等问题导致的检测数据不统一，变差大，可靠性较差等问题。

Description

一种液位检测装置

技术领域

本实用新型涉及测量技术领域，特别是涉及一种液位检测装置。

背景技术

利用电路测试液面高度变化是日常生活和生产中常有的需求，特别是在生产和安全生产领域经常需要测试液面高度，并根据测试数据对生产对象加以控制，目前对水位测量的方式方法多种多样，大体分为超声波检测、激光测试、压力检测、电容检测法等等。检测的方法之所以如此繁多，就是因为每种方法有所侧重，且都存在着缺点和不足：

1、现有方法多以幅值变化来表示液面变化容易受到干扰，不利于数据传输；

2、现有方法重复度不好，由于“挂液”等问题导致检测数据不统一，变差大，可靠性较差；

3、现有方法对探测电极加工要求高，成本高；

4、现有方法量程小，现有的普通传感器量程范围小，需要通过不同的安装方法扩展量程。

即现有技术中，缺少精度适于现场使用、测量重复性高、线性度好、易于标定、并且适用于多种液体(导电或非导电)、安装方便、性能稳定、性价比高的液位检测仪。

实用新型内容

鉴于以上的问题，本实用新型提供一种液位检测装置，其制作简单，成本低，量程范围可调，适用于各种液体液位的检测，且抗干扰能力强，数据统一，可靠性好，如此以解决现有技术所存在的问题。

本实用新型提供了一种液位检测装置，包括电容单元，频率采集单元和频率标定波形转换单元；

电容单元，与频率采集单元相连接，包括两块表面涂有绝缘涂层的平行金属极板，两极板顶部分别设置连接金属极板的接线柱；

频率采集单元，与电容单元，以及频率采集单元和频率标定波形转换单元相连接，采集电容单元两极板间电容变化而引起变化的波形的频率，并发送该波形至频率标定波形转换单元；

频率标定波形转换单元，与频率采集单元相连接，对频率采集单元采集到的频率进行标定和波形转换并输出所述频率正弦波和方波。

较佳地，本实用新型的液位检测装置，液位检测装置还包括电源单元，其提供直流电给与之相连接的频率采集单元和频率标定波形转换单元。

较佳地，本实用新型的液位检测装置，电容单元还包括设置于两极板间位于两极板边缘处横截面为1cm*1cm，长度等于极板高度的绝缘塑料长方体。

较佳地，本实用新型的液位检测装置，频率采集单元包括多谐振荡模块和分频模块，多谐振荡模块两输入端分别连接于两极板顶部的接线柱，其输出端连接分频模块的时钟输入端；分频模块的输出端连接于频率标定波形转换单元的输入端。

较佳地，本实用新型的液位检测装置，多谐振荡模块为555多谐振电路。

较佳地，本实用新型的液位检测装置，分频模块为四分频电路。

较佳地，本实用新型的液位检测装置，频率标定波形转换单元包括频率标定模块和波形转换模块；

频率标定模块输入端与频率采集单元输出端相连接，对频率采集单元采集到的频率进行标定；

频率标定模块输出端与波形转换模块输入端相连接，对频率采集单元采集到的波形进行波形转换并输出同频率的正弦波和方波。

较佳地，本实用新型的液位检测装置，液位检测装置还包括一显示单元，其与频率标定波形转换单元相连接，显示测得波形的方波与正弦波以及计算得出的液面高度。

本实用新型的有益效果在于，通过本实用新型的液位检测装置，液位变化带动的频率变化，从而测量液位的高度。其抗干扰能力强，便于信号传输；通过改变极板电容的高度可以任意改变量程范围；探测电极加工简单，成本低；能够用于各种液体液位的检测；并能够克服“挂液”等问题导致的检测数据不统一，变差大，可靠性较差等问题。

附图说明

图1为本实用新型第一实施例的液位检测装置的结构示意图；

图2为本实用新型第二实施例的频率采集单元的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型液位检测装置的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体附图及具体实施例，对本实用新型液位检测装置进行进一步详细说明。

图1为本实用新型第一实施例的液位检测装置的结构示意图，如图1所示，本实施例的液位监测装置包括电容单元1，电源单元4，频率采集单元2和频率标定波形转换单元3；

电容单元1，与电源单元4和频率采集单元2相连接，包括两块表面涂有绝缘涂层的平行金属极板，设置于两极板间位于所述两极板边缘处横截面为1cm*1cm长度等于极板高度的绝缘塑料长方体，以及分别设置于两极板顶部连接金属极板的接线柱1和2；

两极板将构成一平行板电容器，其电容

(其中ε两极板间介质的介电常数，S为两极板的面积，d为两极板间的距离)。因此，当被测液体的液位变化时，将引起ε*S的变化，从而引起电容C的变化。而电容C的变化直接导致与电容相连的各模块的输出波形的频率发生变化，通过对频率的计数即可获知液面的高度。

电源单元4，提供直流电给与之连接的所述频率采集单元2和频率标定波形转换单元3；

频率采集单元2，与电容单元1，电源单元4，以及频率采集单元2和频率标定波形转换单元3相连接，采集因电容变化而变化的信号的频率，调整输出矩形波、分频并发送至频率标定波形转换单元3；

频率标定波形转换单元3，与电源单元4和频率采集单元2相连接，转换输出相应频率的正弦波和方波，并根据采集的信号的频率计算出当前液面的高度。

作为一种可实施方式，本实施例中，本实用新型的液位检测装置还包括一与频率标定波形转换单元3相连接的显示单元5，用于显示测得信号的方波与正弦波以及计算得出的液面高度。

图2为本实用新型的第二实施例频率采集单元2的电路示意图，如图2所示，频率采集单元2包括多谐振荡模块21和分频模块22，多谐振荡模块21两输入端分别连接于两极板顶部的接线柱1和2，其输出端连接分频模块22的时钟输入端。

作为一种可实施方式，本实施例中，多谐振模块采用555多谐振电路。当电路接通电源的瞬间，由于电容C(即两极板所形成的电容)来不及充电，Vc＝0v(电容C阳极电压)，输出Vo为高电平。同时，集电极输出端(7脚)对地断开，电源Vcc对电容C充电，电路进入暂稳态，此后，电路周而复始地产生周期性的输出脉冲。多谐振荡器两个暂稳态的维持时间取决于RC充、放电回路的参数。暂稳态I的维持时间，即输出Vo的正向脉冲宽度T1≈0.7(R21+R22)C；暂稳态II的维持时间，即输出Vo的负向脉冲宽度T2≈0.7 R22 C。因此，振荡周期T＝T1+T2＝0.7(R21+2R22)C，振荡频率f＝1/T。正向脉冲宽度T1与振荡周期T之比称矩形波的占空比D，由上述条件可得D＝(R21+R22)/(R21+2R22)。

作为一种可实施方式，本实施例中，电阻R21与R22为可变电阻，即可通过调节R21与R22的阻值大小，控制输出方波的占空比。

作为一种可实施方式，本实施例中，分频模块22采用四分频电路。前述多谐振荡模块21输出频率为f的矩形波，输入分频模块22后，经过分频，将从分频模块22输出频率为f/4的矩形波。

第三实施例

本实用新型第三实施例的频率标定波形转换单元3包括频率标定模块和波形转换模块；频率标定模块输入端与频率采集单元2相连接；频率标定模块输出端与波形转换模块输入端相连接。

频率标定模块用于频率标定，具体过程为先将液位高度均分为n等份，测出每个高度多谐振荡模块21的输出频率，从满高度到0高度分别对应的频率为f0、f1、f2、f3......fn；频率标定模块的输出频率分别对应F0、F0+Δf、F0+2Δf、F0+3Δf......F0+nΔf(Δf＝(0高度频率标定模块输出频率-F0)/n)；多谐振荡模块21的输出频率为F，经过分频模块22后该频率传输给频率标定模块。频率标定模块判断F的区间，若f(m-1)≤F＜fm，(1≤m＜n)，则频率标定模块输出f为：f＝F0+(m-1)Δf+Δf*(F-f(m-1))/(fm-f(m-1))；若F≥fn，则输出频率f＝F0+nΔf。

频率标定模块输出频率为f的信号，发送至波形转换模块。波形转换模块转换输出该频率的正弦波和方波，并根据该波的频率计算得出液位高度，并将该正弦波、方波和液位高度发送至显示单元5。

以上所述仅为本实用新型的优选事例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进，均应包含在本实用新型的保护范围以内。

Claims

1.一种液位检测装置，其特征在于，包括电容单元，频率采集单元和频率标定波形转换单元；

所述电容单元，与所述频率采集单元相连接，包括两块表面涂有绝缘涂层的平行金属极板，所述两极板顶部分别设置连接金属极板的接线柱；

所述频率采集单元，与所述电容单元，以及频率采集单元和频率标定波形转换单元相连接，采集所述电容单元两极板间电容变化而引起变化的波形的频率，并发送该波形至所述频率标定波形转换单元；

所述频率标定波形转换单元，与频率采集单元相连接，对频率采集单元采集到的频率进行标定和波形转换并输出所述频率正弦波和方波。

2.根据权利要求1所述的液位检测装置，其特征在于，所述液位检测装置还包括电源单元；所述电源单元提供直流电给与之相连接的所述频率采集单元和频率标定波形转换单元。

3.根据权利要求1所述的液位检测装置，其特征在于，所述电容单元还包括设置于所述两极板间位于所述两极板边缘处横截面为1cm*1cm，长度等于所述极板高度的绝缘塑料长方体。

4.根据权利要求1所述的液位检测装置，其特征在于，所述频率采集单元包括多谐振荡模块和分频模块，所述多谐振荡模块两输入端分别连接于所述两极板顶部的接线柱，其输出端连接所述分频模块的时钟输入端；所述分频模块的输出端连接于所述频率标定波形转换单元的输入端。

5.根据权利要求1所述的液位检测装置，其特征在于，所述多谐振荡模块为555多谐振电路。

6.根据权利要求1所述的液位检测装置，其特征在于，所述分频模块为四分频电路。

7.根据权利要求1所述的液位检测装置，其特征在于，所述频率标定波形转换单元包括频率标定模块和波形转换模块；

所述频率标定模块输入端与所述频率采集单元输出端相连接，对所述频率采集单元采集到的频率进行标定；

所述频率标定模块输出端与所述波形转换模块输入端相连接，对所述频率采集单元采集到的波形进行波形转换并输出同频率的正弦波和方波。

8.根据权利要求1所述的液位检测装置，其特征在于，所述液位检测装置还包括一显示单元，其与所述频率标定波形转换单元相连接，显示测得波形的方波与正弦波以及计算得出的液面高度。