CN206919969U - 一种非接触式液位测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于液位测量技术领域，涉及一种非接触式液位测量装置。包括测量模块、测量重锤、底面测量管、顶面测量管；其中，所述测量模块置于被测液体容器的上方，所述测量重锤置于被测液体容器的底部；所述底面测量管连接所述测量重锤和所述测量模块；所述顶面测量管的一端连接所述测量模块，另一端伸入被测液体容器内。由此解决了现有技术中液位测量装置不能兼顾测量精度高，同时传感器成本低的技术问题，达到了测量精度高、且成本低的技术效果。

Description

一种非接触式液位测量装置

技术领域

本实用新型属于液位测量技术领域，特别涉及一种无人机用非接触式液位测量装置。

背景技术

无人机的型式主要有固定翼、多旋翼和直升机三种型式，其中由于电池系统的功率密度较低，故无人机动力系统采用燃油或者油电混合是常态选择，因此无人机系统中燃油、滑油液面测量是必不可少的部分。同时，无人机用途中最大的目标市场为植保市场，植保应用中的工作介质一般为农药、化肥等，因此液面测量也是必须的。

目前，无人机用的液位测量按照接触方式，主要分为接触式和非接触式两种。其中，接触式液位测量主要采用可变电阻的浮子式，液位高度带动浮子运动实现电阻可变，该种方式的主要缺点是机械接触磨损导致信号测量变化。非接触式液位测量则根据电路型式分为电磁式、电容式以及光电式。电磁式主要采用线性霍尔元件，和接触式的可变电阻测量原理一致，该方式的主要问题是需要复杂的磁路设计和较多的线性霍尔器件，成本较高。电容式是通过两个极板浸入液面不同高度下电容值不同来实现测量的，存在的主要问题是极板材料耐腐蚀性设计以及复杂的处理检测电路，适合在高端的液位测量中应用。光电式液位原理基于Time Of Flight飞行时间测量，测量需要专门的芯片，也不适合在低成本的无人机系统中应用。

因此，亟需一种测量精度高，传感器成本低，同时安装布置灵活，适用于空间受限的小容积应用的无人机用液面测量系统。

实用新型内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本实用新型提供了一种非接触式液位测量装置，以解决现有技术液位测量装置不能兼顾测量精度高，同时传感器成本低的技术问题。

本实用新型所采用的技术方案为：提供一种非接触式液位测量装置，包括测量模块、测量重锤、底面测量管、顶面测量管；其中，所述测量模块置于被测液体容器的上方，所述测量重锤置于被测液体容器的底部；所述底面测量管连接所述测量重锤和所述测量模块；所述顶面测量管的一端连接所述测量模块，另一端伸入被测液体容器内。

可选的，所述测量模块包括ECU、分别与所述ECU连接的电源模块、标定按钮、指示灯和压差传感器；其中，所述电源模块为所述ECU和压差传感器供电；所述ECU通过标定按钮和指示灯与用户交互，完成对被测液体容器的标定；所述压差传感器分别与所述底面测量管、顶面测量管连接。

可选的，所述ECU包括压差采集模块、处理模块、输出模块；所述压差采集模块，采集所述压差传感器的输出信号；所述处理模块，根据所述压差采集模块采集的所述压差传感器的输出信号计算出被测液体容器内的液位高度的百分比；所述输出模块，输出所述处理模块计算出的被测液体容器内的液位高度的百分比。

可选的，还包括显示模块，显示所述处理模块计算出的被测液体容器内的液位高度的百分比。

可选的，还包括存储模块，与所述处理模块连接，用于数据存储。

可选的，所述压差传感器的量程与被测液体容器的高度相匹配。

可选的，所述测量重锤和底面测量管、顶面测量管采用耐腐蚀、耐高温材质。

可选的，所述测量模块、测量重锤、底面测量管、顶面测量管之间的连接方式为可拆卸连接。

本实用新型的有益效果为：本装置包括测量模块、测量重锤、底面测量管、顶面测量管；其中，所述测量模块置于被测液体容器的上方，所述测量重锤置于被测液体容器的底部；所述底面测量管连接所述测量重锤和所述测量模块；所述顶面测量管的一端连接所述测量模块，另一端伸入被测液体容器内。由此运用测量模块通过底面测量管和顶面测量管测量液位底部和顶部的压力差，计算出容器中的液位占容器高度的百分比，不需要高成本的传感器就可以进行液位的精确测量，解决了现有技术中液位测量装置不能兼顾测量精度高，同时传感器成本低的技术问题，达到了测量精度高、且成本低的技术效果。

附图说明

图1示出了根据本实用新型一个实施例的非接触式液位测量装置的结构示意图；

图2示出了根据本实用新型一个实施例的测量模块的结构示意图。

具体实施方式

本实用新型提供一种非接触式液位测量装置，以解决现有技术中液位测量装置不能兼顾测量精度高，同时传感器成本低的技术问题。

本申请实施例中的技术方案为解决上述的技术问题，总体思路如下：主要解决小容积短距离的液面高度测量问题，为无人机提供一种精确测量液位的装置。该装置运用测量液位底部和顶部的压力差的原理进行液位的精确测量。装置包括了测量模块，沉在容器底部的测量重锤，连接测量重锤和测量模块的管路。其中测量模块中包含了控制器、压差传感器、指示灯、标定按钮等。本测量装置的测量重锤的形状经过特殊设计，容器的振动不会影响液位的测量精度。本测量装置具有重量轻的特点，系统总质量在80克以内，完全符合无人机的需求。

为了更好的理解上述技术方案，下面通过附图以及具体实施例对本实用新型技术方案做详细的说明，应当理解本实用新型实施例以及实施例中的具体特征是对本实用新型技术方案的详细的说明，而不是对本实用新型技术方案的限定，在不冲突的情况下，本实用新型实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

如图1所示，本实施例一种非接触式液位测量装置，应用于封闭容器内的被测液体的测量，包括测量模块1、测量重锤4、底面测量管2、顶面测量管3。其中，测量模块1置于被测液体容器5的上方，测量重锤4置于被测液体容器5的底部；底面测量管2连接测量重锤4和测量模块1；顶面测量管3的一端连接测量模块1，另一端伸入被测液体容器5内。测量模块1通过测量底面测量管2和顶面测量管3中的压差，计算出容器中的液位占容器高度的百分比，从而进行液位的精确测量。本测量装置测量精度高，可以实现毫米级的液位测量。

特别需要说明的是，该液位测量装置，对被测容器的形状和大小没有特殊要求，只需在容器5顶部开设用于安装底部测量管2和顶部测量管3的孔即可完成安装，该种安装方式杜绝了由于安装液位传感器造成泄露的可能，并且对原先没有考虑液位传感器的场合也可方便的安装。测量重锤4，保证了容器在振动状态下测量值的稳定。安装时必须保证其平躺在容器5底部。该方案中测量模块1与容器5相对独立，并且测量装置对测量管的长度没有特殊要求，所以测量模块1可以根据需要任意摆放位置。

如图2所示，作为一种可选的实施方式，测量模块1由ECU(Electronic ControlUnit电子控制单元)6、电源模块7、标定按钮8、指示灯9、压差传感器10组成。其中，电源模块7为ECU6和压差传感器10供电，例如将无人机所供的电变换成测量模块1所需的电压为ECU6和压差传感器10供电。ECU6通过标定按钮8和指示灯9与用户交互，完成对不同形状大小容器的标定(即对被测液体容器压差分别为0％和100％的测量)，使测量模块1适应不同的容器。由此可见，该装置可以通用于不同大小的容器，使用前只需通过标定按钮标定即可，操作简单。压差传感器10分别与底面测量管2、顶面测量管3连接。测量模块1的外壳上有两个用于压差传感器10分别与底面测量管2、顶面测量管3连接的接头。安装方便灵活，对容器形状大小没有要求，对于没有液位测量的容器可快速的加装。

需要说明的是，压差传感器是利用压差测量的原理实现液位高低的测量。ECU6中的压差传感器10便可测量出液体底部和顶部的压力差。根据液体压强公式，P＝ρgh(其中P为液体产生的压强，ρ为液体密度，g为重力加速度，h液体高度差)可知，同一种液体产生的压强只与液体的高度成正比，通过压差传感器测量到的压差即为相应高度液体产生的压强，这样压差传感器测量到的压差与液体的深度成正比。

测量模块1的标定过程是，在安装好整个装置后，在空容器状态下长按或双击(按键形式可多种多样)标定按钮8，测量模块1进入标定模式，指示灯9开始闪烁或变色(指示灯的形式可多种多样)，同时ECU6记录空容器状态的压差参数作为0％的参考，随后向容器5中加满被测液体，然后再次长按或双击(按键形式可多种多样)标定按钮8，指示灯9恢复正常工作状态，ECU6记录容器装满状态下的压差参数作为100％的参考。这样标定过程完毕，可正常使用。

作为另一种可选的实施方式，压差传感器10的量程与被测液体容器的高度相匹配。为了使测量更加精确，测量模块1根据所需测量液位的高度分成了不同量程的型号，不同型号的测量模块中配备了相应量程的压差传感器10，从而保证最高的测量精度。用户可根据所需测量液位高度选择相应的测量模块1的型号。根据不同的测量需要可以选择不同量程的压差传感器，可以满足30cm-100cm高度的液体测量，分辨率可以达到1mm。

作为上述实施例的进一步可选的实施方式，ECU6包括压差采集模块、处理模块、输出模块；其中压差采集模块，采集压差传感器10的输出信号；处理模块，根据压差采集模块采集到的压差传感器10的输出信号计算出被测液体容器内的液位占容器高度的百分比；输出模块，输出处理模块计算出的被测液体容器内的液位占容器高度的百分比。压差传感器10可以测量底面测量管2和顶面测量管3之间的压差，根据压差的大小输出电压信号，ECU6通过AD采集压差传感器10输出电压的大小，从而计算出液位占容器高度的百分比。ECU6可以通过输出模块采用标准的50Hz舵机控制脉宽信号将液位百分比信号输出给飞控或接收机11。此时，电源模块7也可从飞控或接收机端获得直流输入，可以在3-6V的宽电压范围内为ECU6和压差传感器10提供稳定的电源，对无人机输入电源的要求大大降低。且该装置采用标准的舵机控制脉宽输出，与现行的飞控、接收机等设备可以无缝链接。

当然，处理模块，还可以根据计算出的被测液体容器内的液位占容器高度的百分比和容器高度的测量结果，计算出液位。且输出模块可直接进行液位的输出。

可选的，还包括显示模块，显示处理模块计算出的被测液体容器内的液位占容器高度的百分比、液位等。

可选的，还包括存储模块，与处理模块连接，用于数据存储，例如标定模式下的压差、液位占容器高度的百分比、液位等。

可选的，所述测量重锤和底面测量管、顶面测量管采用耐腐蚀、耐高温材质。该装置对无人机上所涉及到的所有液体都可以进行测量，对于有腐蚀性的液体只需选择相应的耐腐蚀性的测量重锤和连接管路即可。同样使用耐高温的测量重锤和管路，该装置可以对高温液体进行测量。

可选的，所述测量模块、测量重锤、底面测量管、顶面测量管之间的连接方式为可拆卸连接。安装更加方便、快捷，不受液体容器形状的限制，同时，也方便储存和携带。

由上述实施例可见，本实用新型产生的有益效果是：由于采用底面测量管和顶面测量管通过测量模块测量液位底部和顶部的压力差的原理进行液位的精确测量，解决了现有技术中液位测量装置不能兼顾测量精度高，同时传感器成本低的技术问题，达到了测量精度高、且成本低的技术效果。

尽管已描述了本实用新型的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种非接触式液位测量装置，其特征在于，包括测量模块、测量重锤、底面测量管、顶面测量管；其中，所述测量模块置于被测液体容器的上方，所述测量重锤置于被测液体容器的底部；所述底面测量管连接所述测量重锤和所述测量模块；所述顶面测量管的一端连接所述测量模块，另一端伸入被测液体容器内。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述测量模块包括ECU、分别与所述ECU连接的电源模块、交互模块和压差传感器；其中，所述电源模块为所述ECU和压差传感器供电；所述ECU通过交互模块与用户交互，完成对被测液体容器的标定；所述压差传感器分别与所述底面测量管、顶面测量管连接。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述交互模块包括标定按钮和指示灯。

4.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述ECU包括压差采集模块、处理模块、输出模块；所述压差采集模块，采集所述压差传感器的输出信号；所述处理模块，根据所述压差采集模块采集的所述压差传感器的输出信号计算出被测液体容器内的液位高度的百分比；所述输出模块，输出所述处理模块计算出的被测液体容器内的液位高度的百分比。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，还包括显示模块，显示所述处理模块计算出的被测液体容器内的液位高度的百分比。

6.如权利要求4所述的装置，其特征在于，还包括存储模块，与所述处理模块连接，用于数据存储。

7.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述压差传感器的量程与被测液体容器的高度相匹配。

8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述测量重锤和底面测量管、顶面测量管采用耐腐蚀。

9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述测量重锤和底面测量管、顶面测量管采用耐高温材质。

10.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述测量模块、测量重锤、底面测量管、顶面测量管之间的连接方式为可拆卸连接。