CN214748285U

CN214748285U - 液面探测装置

Info

Publication number: CN214748285U
Application number: CN202120916259.6U
Authority: CN
Inventors: 谢蔚华; 麦贤标
Original assignee: Guangzhou Daoyi Science And Technology Co ltd
Current assignee: Guangzhou Daoyi Science And Technology Co ltd
Priority date: 2021-04-29
Filing date: 2021-04-29
Publication date: 2021-11-16
Anticipated expiration: 2031-04-29

Abstract

本实用新型公开了一种液面探测装置，包括金属液面探针、检测转换模块和信号处理输出电路模块；其中，金属液面探针、检测转换模块与信号处理输出电路模块依次电性连接，信号处理输出电路模块包括差分放大器和比较器，差分放大器和比较器分别与检测转换模块电性连接。通过以上设置，能够直接在探测液面的同时检测液量，提高检测液量的效率。

Description

液面探测装置

技术领域

本实用新型属于电子信息技术领域，具体涉及一种液面探测装置。

背景技术

目前，市面上的液面探测装置主要是利用电阻、电容或超声波的传感方式进行探测。其中，电阻式液面探测是根据空气和液体的电阻值不同进行液面检测的，存在灵敏度低、响应慢和误检的严重问题，目前基本被淘汰；而超声波液面探测是根据超声波测距的原理检测液面高度，需要计算超声波的回波时间推测距离，容易受环境因素的影响，存在准确性低、响应慢、成本高的问题。

至于电容式液面探测，则是利用金属液面探针通过空间环境和相关电路形成空间分布电容，当金属液面探针接触液面时空间分布电容发生变化，通过检测该变化即可检测液面接触。但是，不管是哪一种传感方式的液面探测装置都只能探测到液面，然后通过复杂的运算才能得到液量，不能直接在探测液面的同时检测液量，可见，检测液量的效率过于低下。

实用新型内容

本实用新型的目的在于改善现有技术的缺点，提供一种液面探测装置，能够直接在探测液面的同时检测液量，提高检测液量的效率。

其技术方案如下：

液面探测装置，包括金属液面探针、检测转换模块和信号处理输出电路模块；其中，所述金属液面探针、所述检测转换模块与所述信号处理输出电路模块依次电性连接，所述信号处理输出电路模块包括差分放大器和比较器，所述差分放大器和所述比较器分别与所述检测转换模块电性连接。

在其中一个实施例中，所述金属液面探针为电容式液面探针，所述电容式液面探针与所述检测转换模块电性连接。

在其中一个实施例中，所述差分放大器和所述比较器均包括LM358双运算放大器。

在其中一个实施例中，还包括电源处理电路模块，所述电源处理电路模块的输入端连接电源输出端，所述电源处理电路模块的输出端分别连接所述检测转换模块、所述差分放大器和所述比较器。

在其中一个实施例中，所述电源处理电路模块包括自恢复保险丝和LC滤波电路；所述自恢复保险丝的输入端连接所述电源输出端，所述自恢复保险丝的输出端连接所述LC滤波电路的输入端，所述LC滤波电路的输出端分别连接所述检测转换模块、所述差分放大器和所述比较器。

在其中一个实施例中，所述电源处理电路模块还包括反向保护二极管，所述反向保护二极管的负极连接所述电源输出端，所述反向保护二极管的正极连接所述LC滤波电路的接地端。

在其中一个实施例中，所述LC滤波电路包括电容组、第一电感、第二电感和有极性电容，所述电容组包括并联的第一电容、第二电容、第三电容和第四电容，所述电容组与所述有极性电容并联，所述电容组与所述有极性电容的正极之间连接所述第一电感，所述电容组与所述有极性电容的负极之间连接所述第二电感。

在其中一个实施例中，还包括基准调整电路模块，所述基准调整电路模块分别连接所述差分放大器和所述比较器。

在其中一个实施例中，所述基准调整电路模块包括可调变阻器和指示灯，所述可调变阻器和所述指示灯电性连接，所述可调变阻器分别电性连接所述差分放大器和所述比较器。

在其中一个实施例中，所述指示灯的输入端连接所述比较器的输出端。

本实用新型所提供的液面探测装置，通过检测转换模块获取金属液面探针的变化值，并将这一变化值转换成对应液量检测结果的线性电压信号，将获取到的变化值和线性电压信号传输至信号处理输出电路模块，由信号处理输出电路模块的比较器根据变化值获得液面探测结果输出，同时由信号处理输出电路模块的差分放大器输出该线性电压信号，从而能够直接在探测液面的同时检测液量，提高检测液量的效率。

附图说明

此处的附图，示出了本实用新型所述技术方案的具体实例，并与具体实施方式构成说明书的一部分，用于解释本实用新型的技术方案、原理及效果。

除非特别说明或另有定义，不同附图中，相同的附图标记代表相同或相似的技术特征，对于相同或相似的技术特征，也可能会采用不同的附图标记进行表示。

图1是本实用新型实施例公开的液面探测装置的一种结构示意图；

图2是本实用新型实施例公开的液面探测装置的另一种结构示意图；

图3是本实用新型实施例公开的CAV444集成电路芯片的连接电路图；

图4是本实用新型实施例公开的电源处理电路模块的电路图；

图5是本实用新型实施例公开的信号处理输出电路模块的电路图。

附图标记说明：

10、金属液面探针；20、检测转换模块；30、信号处理输出电路模块；301、差分放大器；302、比较器；40、电源处理电路模块；50、基准调整电路模块；J1、第一接口；J2、第二接口；C_min、最小检测电容；C_max、测量范围限定电容；F1、正温度系数自恢复保险丝；D1、反向保护二极管；C1、第一电容；C2、第二电容；C3、第三电容；C4、第四电容；C5、有极性电容；L1、第一电感；L2、第二电感。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照说明书附图对本实用新型的具体实施例进行更详细的描述。

除非特别说明或另有定义，本文所使用的所有技术和科学术语与所属技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在结合本实用新型的技术方案以现实的场景的情况下，本文所使用的所有技术和科学术语也可以具有与实现本实用新型的技术方案的目的相对应的含义。本文所使用的“第一、第二…”仅仅是用于对名称的区分，不代表具体的数量或顺序。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

需要说明的是，当元件被认为“固定于”另一个元件，它可以是直接固定在另一个元件上，也可以是存在居中的元件；当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件，也可以是同时存在居中元件；当一个元件被认为是“安装在”另一个元件，它可以是直接安装在另一个元件，也可以是同时存在居中元件。当一个元件被认为是“设在”另一个元件，它可以是直接设在另一个元件，也可以是同时存在居中元件。

如图1所示，本实用新型实施例提供一种液面探测装置，包括金属液面探针10、检测转换模块20、信号处理输出电路模块30；其中，金属液面探针10、检测转换模块20与信号处理输出电路模块30依次电性连接，信号处理输出电路模块30包括差分放大器301和比较器302，差分放大器301和比较器302分别与检测转换模块10电性连接。

通过检测转换模块20获取金属液面探针10的变化值，并将这一变化值转换成对应液量检测结果的线性电压信号，将获取到的变化值和线性电压信号传输至信号处理输出电路模块30，由差分放大器301输出该线性电压信号，同时由比较器302根据变化值获得液面探测结果输出，其中，该线性电压信号用于指示检测到的液量结果，该液面探测结果具体为1或0的电平信号，表示是否探测到，从而通过将测得的电容变化值转换成线性电压信号输出，能够直接在探测液面的同时检测液量，提高检测液量的效率。

可选地，金属液面探针10为电容式液面探针，该电容式液面探针与检测转换模块20电性连接，电容式液面探针悬空时初始电容值为C_x，当接触到液面时电容值会发生变化，变化后的电容值大于C_x，其变化极值为C_p，即变化范围为[C_x，C_p]。

进一步可选地，上述检测转换模块20是可将电容变化值转换成线性电压信号输出的CAV444集成电路芯片，如图2所示，金属液面探针10可以通过第一接口J1与CAV444集成电路芯片电性连接，差分放大器301和比较器302均包括LM358双运算放大器，可以降低功耗，以及加快运算速度。

如图3所示，该CAV444集成电路芯片包括1～16号管脚，分别对应的管脚名称及符号如下表1所示。金属液面探针10通过第一接口J1与CAV444集成电路芯片的第12号管脚电性连接，并且金属液面探针10并联连接有最小检测电容C_min，最小检测电容C_min与金属液面探针10并联形成测量电容传感器，测量电容传感器的电容值即为测量电容C_m。另外，设置测量范围限定电容C_max，C_max＝C_min+C_m。可选地，最小检测电容C_min的电容值为10pF。

基于此，CAV444集成电路芯片输出恒定的电流对测量电容传感器进行周期性地充放电，产生了一个振幅为常数的三角波，这个三角波的频率f_M与测量电容传感器的电容值C_m是相关的，借助于f/V频率电压转换电路和低通滤波器将三角波转换成直流电压信号，该信号通过输出级的阻抗转换和放大成为电压输出信号VOUT(对地)并通过第5号管脚输出。其中，输出电压VOUT与测量电容C_m成线性关系，与工作电源成比例关系。

表1 CAV444集成电路芯片的管脚名称及符号

以上通过设置CAV444集成电路芯片，可快速将测得的电容信号转换成线性电压输出，从而能够直接在探测液面的同时检测液量，并且进一步提高检测液量的效率。

可选地，图1所示的液面探测装置还可以包括电源处理电路模块40，电源处理电路模块40的输入端连接电源输出端，电源处理电路模块40的输出端分别连接检测转换模块20、差分放大器301和比较器302。通过设置电源处理电路模块40可以对电路其电源稳定、过滤及保护作用。

如图4所示，电源处理电路模块40包括正温度系数(Positive TemperatureCoefficient，PTC)自恢复保险丝F1和LC滤波电路；其中，PTC自恢复保险丝F1的输入端连接电源输出端，PTC自恢复保险丝F1的输出端连接LC滤波电路的输入端，LC滤波电路的输出端分别连接检测转换模块20、差分放大器301和比较器302。

通过设置PTC自恢复保险丝F1可对电路起过流保护作用，以及设置LC滤波电路过滤高频和低频的电源干扰信号，可加强电路的抗干扰性。

可选地，如图4所示，电源处理电路模块40还包括反向保护二极管D1，可对电路起到反向电源输入保护作用。其中，反向保护二极管D1的负极连接电源输出端连接，反向保护二极管D1的正极连接LC滤波电路的接地端。其中，反向保护二极管D1具体可以是肖特基二极管，可以进一步降低功耗、减小反向恢复时间。

进一步可选地，如图4所示，LC滤波电路包括电容组、第一电感L1、第二电感L2和有极性电容C5，电容组包括并联的第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3和第四电容C4，电容组与有极性电容C5并联，电容组与有极性电容C5的正极之间连接第一电感L1，电容组与有极性电容C5的负极之间连接第二电感L2。

可选地，图1所示的液面探测装置还可以包括基准调整电路模块50，基准调整电路模块50分别连接差分放大器301和比较器302。该基准调整电路模块50可用于归零校正，使液面探测和液量检测更准确。

其中，由于CAV444集成电路芯片内嵌有自校正程序，通过修改CAV444集成电路芯片中的自校正程序的相关参数比如测量范围限定电容C4，结合用户调整基准调整电路模块50，使本实施例公开的液面探测装置可配合各种不同电容大小的金属液面探针和适应各种不同环境。

可选地，基准调整电路模块50包括未图示的可调变阻器和指示灯，可调变阻器和指示灯电性连接，可调变阻器分别电性连接差分放大器301和比较器302，可调变阻器用于在通电后调节阻值进行输出归零校正。也即，在通电后，用户可以通过扭动可调变阻器至指示灯刚好熄灭完成输出归零校正，使校正更加准确及方便。

可选地，指示灯的输入端连接比较器302的输出端，指示灯还用于在探测到液面时点亮。其中，指示灯具体为LED指示灯。

如图5所示，信号处理输出电路模块30包括差分放大器301和比较器302，差分放大器301和比较器302分别通过第二接口J2连接检测转换模块20、LC滤波电路的输出端和可调变阻器。

本实施例提供的液面探测装置，通过检测转换模块20获取金属液面探针10的变化值，并将这一变化值转换成对应液量检测结果的线性电压信号，将获取到的变化值和线性电压信号传输至信号处理输出电路模块30，由差分放大器301输出该线性电压信号，同时由比较器302根据变化值获得液面探测结果输出，从而通过将测得的电容变化值转换成线性电压信号输出，能够直接在探测液面的同时检测液量，提高检测液量的效率。

除此之外，通过设置电源处理电路模块40可以对电路其电源稳定、过滤及保护作用。电源处理电路模块40包括PTC自恢复保险丝F1可对电路起过流保护作用、包括LC滤波电路过滤高频和低频的电源干扰信号，可加强电路的抗干扰性、以及包括反向保护二极管，可对电路起到反向电源输入保护作用。

此外，还设置基准调整电路模块50，用于归零校正，使液面探测和液量检测更准确。配置可调变阻器和指示灯，用户可以通过扭动可调变阻器至指示灯刚好熄灭完成输出归零校正，使校正更加准确及方便。以及，设置CAV444集成电路芯片，可快速将测得的电容信号转换成线性电压输出，从而进一步提高检测液量的效率，通过修改CAV444集成电路芯片中的自校正程序的相关参数结合用户调整基准调整电路模块50，使本实施例公开的液面探测装置可配合各种不同电容大小的金属液面探针和适应各种不同环境。

可见，本实施例电路结构简单，成本低，稳定性好，抗干扰性强，可适用范围广，灵敏度高，响应快，有效避险探针深入液面粘液过多造成浪费。

引用图纸说明时，是对出现的新特征进行说明；为了避免重复引用图纸导致描述不够简洁，在表述清楚的情况下已描述的特征，图纸不再一一引用。

以上实施例的目的，是对本实用新型的技术方案进行示例性的再现与推导，并以此完整的描述本实用新型的技术方案、目的及效果，其目的是使公众对本实用新型的公开内容的理解更加透彻、全面，并不以此限定本实用新型的保护范围。以上实施例也并非是基于本实用新型的穷尽性列举，在此之外，还可以存在多个未列出的其他实施方式。在不违反本实用新型构思的基础上所作的任何替换与改进，均属本实用新型的保护范围。

Claims

1.液面探测装置，其特征在于，包括金属液面探针、检测转换模块和信号处理输出电路模块；其中，所述金属液面探针、所述检测转换模块与所述信号处理输出电路模块依次电性连接，所述信号处理输出电路模块包括差分放大器和比较器，所述差分放大器和所述比较器分别与所述检测转换模块电性连接。

2.如权利要求1所述的液面探测装置，其特征在于，所述金属液面探针为电容式液面探针，所述电容式液面探针与所述检测转换模块电性连接。

3.如权利要求1所述的液面探测装置，其特征在于，所述差分放大器和所述比较器均包括LM358双运算放大器。

4.如权利要求1所述的液面探测装置，其特征在于，还包括电源处理电路模块，所述电源处理电路模块的输入端连接电源输出端，所述电源处理电路模块的输出端分别连接所述检测转换模块、所述差分放大器和所述比较器。

5.如权利要求4所述的液面探测装置，其特征在于，所述电源处理电路模块包括自恢复保险丝和LC滤波电路；所述自恢复保险丝的输入端连接所述电源输出端，所述自恢复保险丝的输出端连接所述LC滤波电路的输入端，所述LC滤波电路的输出端分别连接所述检测转换模块、所述差分放大器和所述比较器。

6.如权利要求5所述的液面探测装置，其特征在于，所述电源处理电路模块还包括反向保护二极管，所述反向保护二极管的负极连接所述电源输出端，所述反向保护二极管的正极连接所述LC滤波电路的接地端。

7.如权利要求5或6所述的液面探测装置，其特征在于，所述LC滤波电路包括电容组、第一电感、第二电感和有极性电容，所述电容组包括并联的第一电容、第二电容、第三电容和第四电容，所述电容组与所述有极性电容并联，所述电容组与所述有极性电容的正极之间连接所述第一电感，所述电容组与所述有极性电容的负极之间连接所述第二电感。

8.如权利要求1所述的液面探测装置，其特征在于，还包括基准调整电路模块，所述基准调整电路模块分别连接所述差分放大器和所述比较器。

9.如权利要求8所述的液面探测装置，其特征在于，所述基准调整电路模块包括可调变阻器和指示灯，所述可调变阻器和所述指示灯电性连接，所述可调变阻器分别电性连接所述差分放大器和所述比较器。

10.如权利要求9所述的液面探测装置，其特征在于，所述指示灯的输入端连接所述比较器的输出端。