CN210603488U - 一种电容式液位检测电路 - Google Patents

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Abstract

本实用新型了公开了一种电容式液位检测电路，由特形液位感应电极和自容检测模块构成；特形液位感应电极由N块子感应电极拼接而成(N为大于等于2的整数),拼接得到的特形液位感应电极形状包括但不限于类长方形、类平行四边形和类梯形；子感应电极形状包括但不限于三角形和梯形，N个子感应电极分别接入自容检测模块的N个检测通道；自容检测模块能将其检测端口上的电容值大小转换为其内部计数值；通过特定的算法，由自容检测模块的内部计数值，可得待测液位值；本实用新型可以在使用较少的感应电极和自容检测模块资源的情况下，实时测量和输出连续精确的液位数据。

Description

一种电容式液位检测电路
技术领域
本实用新型涉及电容式液位检测技术领域，特别涉及一种电容式液位检测电路。
背景技术
目前，液位检测电路在家电、智能家居、工业控制等领域得到广泛的应用。现有的技术是通过将电容感应电极贴在容器外壁，通过感应电极上的寄生电容变化来感知是否有液体没过感应电极。每个感应电极对应一个电平输出，如果感应到液体没过电极某个位置，输出端口会输出一个有效电平。这种方式只能检测某个或某几个电容感应电极所在位置是否有液体没过，不能精准连续的检测液位变化情况。如需精确连续测量液位变化，现有技术需要设置大量电容感应电极和占用大量自容检测模块检测通道，成本极高。
实用新型内容
为克服现有的电容式液位检测技术缺陷和降低成本。本实用新型提出一种在使用较少的电容感应电极、自容检测模块检测通道和计算资源的情况下，对液位进行精准连续检测的技术方案。
本实用新型提出了一种电容式液位检测电路，由特形液位感应电极和自容检测模块构成检测电路；通过特定的算法，在待测液体液面处于特形液位感应电极的高度范围中时，实时测量和输出连续精确的液位数据。
电容式液位检测电路中的特形液位感应电极，是由N块子感应电极拼接而成(N为大于等于2的整数),中间留有一定缝隙；拼接后的特形液位感应电极形状包括但不限于类长方形、类平行四边形和类梯形；子感应电极形状包括但不限于三角形和梯形，N个子感应电极分别接入自容检测模块的N个检测通道。将特形液位感应电极置于待检测液体的容器壁，其高度覆盖液面的预计变化高度。
电容式液位检测电路中的自容检测模块，具有N个检测通道，分别连接特形液位感应电极的N个子感应电极。自容检测模块能将其检测通道上的电容值大小转换为其内部计数值，由计数值大小来反应电容值大小。
本实用新型公开本电容式液位检测电路液位计算方法为：
当特形液位感应电极由2块直角三角形子感应电极斜边相邻拼接成类长方形时，在液位变化时，自容检测模块的2个检测通道测得的计数值变化量为ΔN1、ΔN2，ΔN1/(ΔN1+ ΔN2)比值只与待测液位变化有关，而与容器水平截面面积、容器壁情况、液体情况等无关；并且在理想状态下，液位高度H＝Hinit+2*ΔN1*Htotal/(ΔN1+ΔN2)，其中，Htotal为特形液位感应电极总高度，Hinit为特形液位感应电极底边高度。
在非理想状态的实际应用中，可以使用更简单的实施方法。可以在液位变化时，预先测量和记录自容检测模块在不同液位时包括但不限于ΔN1/(ΔN1+ΔN2)的值或者ΔN1/ΔN2 的值，测量和记录这些比值其中之一，将这个比值与液位值一一对应建立表格。实测过程中，通过反查这个表格，就可以通过实际测量得到的计数差值ΔN1、ΔN2，查到从而获得精确的液位值。
当特形液位感应电极由N块特定设计的子感应电极拼接成时，液位计算方法为：对于自容检测模块的N个检测通道端口测得的计数值变化量ΔN1、ΔN2、……ΔNn，总存在函数 f1(ΔN1,ΔN2,……ΔNn)与函数f2(ΔN1,ΔN2,……ΔNn)，这两个函数都是自变量为ΔN1、ΔN2、……ΔNn的一次函数，而且f1(ΔN1,ΔN2,……ΔNn)与函数f2(ΔN1,ΔN2,……ΔNn) 的比值只与待测液位变化有关，而与容器水平截面面积、容器壁情况、液体情况等无关；根据该比值可以得到精准的液位数据。
本实用新型的有益效果是：在使用少量的液位感应电极，和少量的自容检测模块通道的情况下，实现液位的实时精确连续检测，提高了液位检测的准确率，并降低了生产成本。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1为本实用新型的电容式液位检测电路的结构示意图。
图2为本实用新型的特型液位感应电极的结构和安置方法示意图。
图3为实施例1电容式液位检测电路的电路原理图。
图4为实施例2电容式液位检测电路的电路原理图。
图5为实施例3电容式液位检测电路的电路原理图。
具体实施方式
为了更清晰的说明本实用新型，下面公开了实施例子，实施例的示例在附图中示出。所有实施例仅为示例，本实用新型并不是仅仅局限于实施例。
【实施例1】
此实施例中的电容式液位检测电路示意图见图3。
此实施例中的电容式液位检测电路中的特形液位感应电极，见图2，是由两块直角三角形的子感应电极组成，两块直角三角形的子感应电极斜边相邻拼接，中间留有一定缝隙，得到类长方形的特形液位感应电极，两个子感应电极分别接入自容检测电路模块的两个检测通道。将特形液位感应电极置于待检测液体的容器壁，其高度覆盖液面的预计变化高度。
此实施例中电容式液位检测电路中的自容检测模块，具有两个检测通道：通道1和通道 2，分别连接特形液位感应电极的两个子感应电极，自容检测模块能将通道1和通道2的电容值大小转换为其内部计数值，由计数值大小来反应电容值大小。
此实施例中液位高度H＝Hinit+2*ΔN1*Htotal/(ΔN1+ΔN2)，其中，Htotal为特形液位感应电极总高度，Hinit为特形液位感应电极底边高度(初始高度)，ΔN1、ΔN2为自容检测模块的两个通道测得的计数值变化量(初始计算值与当前计数值的差值)。
上述液位计算方法的推导过程如下：
由于液面和感应电极重合的面积与感应电极和液面之间形成的寄生电容的大小成正比，设C为寄生电容，K为比例系数，S为重合面积，得到
C＝K*S----------公式1
电容检测模块的功能是将通道1和通道2上的寄生电容大小转换成计数数值，计数值与电容值成正比，设N为计数数值，J为比例系数，C为寄生电容，得到
N＝J*C----------公式2
参见图2，当液位在初始高度即特形液位感应电极最底端时，设液位高度为Hinit，自容检测模块通道1检测到的初始寄生电容为C1，对应计数值为N1，通道2检测到的初始寄生电容为C2，对应计数值为N2。
参见图2，当液位从初始高度升高ΔH时，设子感应电极1与液体重合的面积为S1,设子感应电极2与液体重合的面积为S2,设置特型感应电极的类长方形宽度为W，高度为Htotal，由三角形面积计算公式可得
S1＝1/2*ΔH*ΔH*(W/Htotal)----------公式3
S2＝ΔH*W-S1----------公式4
由公式3，公式4计算得到
ΔH＝2*S1*Htotal/(S1+S2)----------公式5
当液位从初始高度升高ΔH时，自容检测模块通道1检测到的寄生电容为C1’，对应计数值为N1’，设ΔN1为计数值的变化量，则
ΔN1＝N1’-N1----------公式6
同理，此时自容检测模块通道2检测到的寄生电容为C2’，对应计数值为N2’，设ΔN2为计数值的变化量，则可得
ΔN2＝N2’-N2----------公式7
由公式1推导可得
C1’＝C1+S1*K----------公式8
C2’＝C2+S2*K----------公式9
由公式2、公式5、公式6、公式7、公式8、公式9，得到液位高度H＝Hinit+2*ΔN1*Htotal/ (ΔN1+ΔN2)，这样就可以通过对电容检测模块的计数值的变化量的计算得到待测液体的水位数据。
【实施例2】
此实施例中的电容式液位检测电路示意图见图4。
此实施例中的电容式液位检测电路中的特形液位感应电极，是由两块直角梯形的子感应电极组成，两块直角梯形的子感应电极斜边相邻拼接，中间留有一定缝隙，后得到类长方形的特形液位感应电极，两个子感应电极分别接入自容检测电路模块的2个检测通道。
电容式液位检测电路中的自容检测模块，具有两个检测通道：通道1和通道2，分别连接特形液位感应电极的两个子感应电极。
此实施例中液位检测电路中的液位计算方法为：液位变化时，自容检测模块的2个检测通道测得的计数值变化量为ΔN1、ΔN2，预先测量和记录自容检测模块在不同液位时ΔN1/ ΔN2的值，将这比值与液位值一一对应建立表格。实测过程中，就可以通过实际测量得到的计数差值ΔN1、ΔN2计算比值，通过反查这个表格，查到从而获得精确的液位值。
【实施例3】
此实施例中的电容式液位检测电路示意图见图5。
此实施例中的电容式液位检测电路中的特形液位感应电极，是由3块三角形的子感应电极拼接而成，中间留有一定缝隙，得到类梯形的特形液位感应电极，3个子感应电极分别接入自容检测电路模块的3个检测通道。
此实施例中电容式液位检测电路中的自容检测模块，具有3个检测通道：通道1、通道2 和通道3，分别连接特形液位感应电极的3个子感应电极。
此实施例中液位检测电路中的液位计算方法为：液位变化时，自容检测模块的3个检测通道测得的计数值变化量为ΔN1、ΔN2和ΔN3，测量和记录自容检测模块在不同液位时Δ N2/(ΔN1+ΔN2+ΔN3)的值，将这个比值与液位值一一对应建立表格。实测时，可以通过实际测量得到的计数差值ΔN1、ΔN2和ΔN3计算比值，反查这个表格，得到精确的液位值。
上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，是一种优选的实施例，其目的在于熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限定本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型的原理所作的等效变换或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种电容式液位检测电路，其特征在于：由特形液位感应电极和自容检测模块构成；
所述特形液位感应电极由N块子感应电极拼接而成,所述N为大于等于2的整数,中间留有一定缝隙；拼接后的特形液位感应电极形状包括类长方形、类平行四边形和类梯形；
子感应电极形状包括三角形和梯形，N个子感应电极分别接入自容检测模块的N个检测通道；
所述自容检测模块具有N个检测通道，分别连接特形液位感应电极的N个子感应电极；并能将其检测通道上的电容值大小转换为其内部计数值，由计数值大小来反应电容值大小。
2.如权利要求1所述的电容式液位检测电路，其特征在于：所述特形液位感应电极安置于待检测液体的容器壁，其高度覆盖液面的预计变化高度。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN110411535A (zh) * 2019-08-27 2019-11-05 谢晔华 一种电容式液位检测电路及检测方法
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