CN219694297U - 水位检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种水位检测装置。其中，水位检测装置包括导电件、电容检测电路和主控电路。导电件设置在待测容器中，以与所述待测容器中的液体形成电容器，电容检测电路与导电件电连接，并用于检测所述电容器的电容值并输出电容检测信号，主控电路与电容检测电路电连接，并用于根据电容检测信号确定待测容器内的液面高度。本实用新型旨在通过触点检测的方式实现对待测容器内的液面高度的检测。

Description

水位检测装置

技术领域

本申请涉及检测装置技术领域，特别涉及一种水位检测装置。

背景技术

在各种化工、食品、石油、仓储等的工业生产过程中，通常需要对存储容器中的液面高度进行测量以确保生产的正常运行。为了适应工业生产的要求，在水位检测装置领域出现了种类多样的测量手段。

然而现有的触点水位检测装置，只能检测触点处是否有水，并不能对液体具体高度进行检测。

针对上述问题，改善水位检测装置的电路具有重要的意义。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提供一种水位检测装置，旨在通过触点检测的方式实现对待测容器内的液面高度的检测。

为实现上述目的，本实用新型提出了一种水位检测装置，所述水位检测装置包括：

导电件，所述导电件用于设置在待测容器中，以与所述待测容器中的液体形成电容器；

电容检测电路，所述电容检测电路与所述导电件电连接，并用于检测所述电容器的电容值并输出电容检测信号；

主控电路，所述主控电路与所述电容检测电路电连接，并用于根据所述电容检测信号确定所述待测容器内的液面高度。

可选的，所述电容检测电路包括：

第一电容，所述第一电容与所述主控电路电连接，所述第一电容用于通过所述第一电容两端电压的变化率来检测水位；

第一电阻，所述第一电阻的第一端与所述导电件连接，所述第一电阻的第二端与所述第一电容连接，所述第一电阻用于控制所述第一电容的充放电速率。

可选的，所述导电件至少为金属片、金属导线、弹簧中的一种。

可选的，所述导电件的数量为多个，所述电容检测电路的数量为多个，多个所述导电件和多个所述电容检测电路一一对应电连接。

可选的，多个所述导电件的类型为至少两种。

可选的，所述水位检测装置还包括：

触发组件，所述触发组件与所述主控电路电连接，并用于在被用户触发时输出相应的触发信号；

所述主控电路，用于根据所述触发信号处于工作状态或者停止工作状态。

可选的，所述水位检测装置还包括：

提示组件，所述提示组件与所述主控电路电连接；

所述主控电路，用于根据所述电容检测信号，控制所述提示组件工作，以使所述提示组件提示所述待测容器内的液面高度。

可选地，所述水位检测装置还包括：

通信电路，所述通信电路与所述主控电路电连接，所述通信电路还用于与外部终端建立通信连接；

所述主控电路，还用于经所述通信电路将所述电容检测信号输出至所述外部终端。

本实用新型提出了一种水位检测装置，包括导电件、电容检测电路和主控电路。其中，导电件设置在待测容器中，与待测容器中的液体形成电容器，电容检测电路与导电件电连接，电容检测电路用于检测电容器的电容值并输出电容检测信号，主控电路与电容检测电路电连接，主控电路用于根据电容检测信号确定待测容器内的液面高度。当用户想要使用水位检测装置计算待测容器内的液面高度时，只需要通过电容检测电路对导电件与待测容器内液体形成的电容器的对应容值进行检测并将电容检测信号输出给主控电路，主控电路根据电容检测信号进行计算，从而确定待测容器内的液面高度。在实际应用中，本实用新型电路结构简单，采用的器件少，自身功耗低，易于制造。在实现了通过触点检测方式对待测容器内液面的高度检测的同时，提高了水位检测装置电路结构的简易性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型水位检测装置一实施例的模块示意图；

图2为本实用新型水位检测装置另一实施例的电路结构示意图；

图3为本实用新型水位检测装置再一实施例的模块示意图；

图4为本实用新型水位检测装置又一实施例的模块示意图；

图5为本实用新型水位检测装置又一实施例的模块示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				10	电容检测电路	20	主控电路
30	触发组件	40	提示组件
				50	通信电路

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

现有的触点水位检测装置，只能检测触点处有无水，并不能检测待测容器内液体的具体高度，为此，本实用新型提出了一种水位检测装置。

参考图1，图1为本实用新型一实施例的模块示意图，在本实施例中，该水位检测装置包括：

导电件，该导电件用于设置在待测容器中，以与待测容器中的液体形成电容器；

电容检测电路10，该电容检测电路10与导电件电连接，并用于检测电容器的电容值并输出电容检测信号；

主控电路20，该主控电路20与电容检测电路10电连接，并用于根据电容检测信号确定待测容器内的液面高度。

在本实施例中，主控电路20可以采用主控制器来实现，例如MCU、DSP(DigitalSignal Process，数字信号处理芯片)、FPGA(Field Programmable Gate Array，可编程逻辑门阵列芯片)、PLC、SOC(System On Chip，系统级芯片)等。

在本实施例中，导电件可以为金属导电材料，例如金属片、金属导线、弹簧等，亦或者可以为非金属导电材料，例如石墨等。

可以理解的是，导电件需要是导电材料，并且被绝缘材质所包裹，由于待测液体水也为导电材料，带有绝缘材质的导电件就会与水形成一个电容器，通过电容器容值计算公式C＝εS/4πkd可知，水与导电件的接触面积不同，其产生的容值也会不同。在研发期间，研发人员可以将导电件完全插入一用于标定的容器内，例如将导电件的底部触碰到容器的底部，并在容器内液体为不同液面高度时，对应测量导电件和液体形成的电容器的容值，以形成液面高度-容值映射表，并存储在主控电路20内。如此，在实际应用中，在需要对待测容器的液面高度检测时，只需要将导电件插入待测容器，并且将其底部接触到待测容器的底部，主控电路20便能够根据电容检测电路10检测到的结果和预先存储的液面高度-容值映射表，确认当前待测容器内的液面高度。

在本实施例中，可选的，电容检测电路10可以直接采用电容检测芯片来实现。

可选的，在另一实施例中，参考图2，电容检测电路10包括：

第一电容，第一电容与主控电路20电连接，第一电容用于通过第一电容两端电压的变化率来检测水位；

第一电阻，第一电阻的第一端与导电件连接，第一电阻的第二端与第一电容连接，第一电阻用于控制第一电容的充放电速率。

需要理解的是，第一电容和第一电阻构成了RC串联电路，充电过程为：主控电路20的输出电压V1通过第一电阻R1给第一电容C1充电，在电路接通的瞬间，第一电容C1两端的电压值Vc为0V，充电电流I＝V1/R1，第一电阻R1两端电压Vr最大，随着第一电容上的电荷积累，Vc逐渐增大，第一电阻上的电压为Vr＝V1-Vc，充电电流I＝(V1-Vc)/R，随着电流的减小，充电速率减慢直至充电过程结束，其中充电的快慢取决于第一电容和第一电阻阻值的乘积，即时间常数T，T越大充电越慢；同理可得，第一电容上的电荷被充满后，放电过程为：第一电容C1上的电荷通过第一电阻R1放电，Uc由V1逐渐减小至0V，其中，第一电阻R1越大，放电越慢。

参考图2，图2为本实用新型一实施例的具体电路结构图，电极片TK、第一电容C1和第一电阻R1构成了水位采集电路，U1为主控制器。

其中，第一电阻R1用于控制充放电速率，主控制器可以通过检测第一电容C1两端电压的变化率确定导电件与液体形成的电容器的电容值，进而根据上述实施例中预设的液面高度-容值映射表确定液面高度。

可以理解的是，根据电路的零状态响应公式Uc(t)＝Ue^(-t/(rc))，可知第一电容C1两端电压的变化率与电源电压U、整个电路的阻抗R、整个电路的容抗C相关。如计算电容充电到2U/3所花的时间，带入零状态响应公式，可得2U/3＝Ue^(-t/(rc))，故化简可得2/3＝e^(-t/(rc))，由于常数不会改变，可以发现时间t与rc成比例关系。因此，只要对将第一电容C1两端电压充到一个相对应的电压值的时间t进行检测，t发生变化，由于t与rc成比例关系，因此在研发过程中，研发人员可以将第一电容充电到对应电压值时所用的时间t和rc的比例值k计算出来，形成t-k映射表，然后预存到主控制器中。如此，在实际应用中，主控制器可以根据检测到的时间t确定对应的比例值k，又由于电路制作出来后，r为固定值，便可以得到当前液面对应的容值c，从而主控制器能够通过预先存储的液面高度-容值映射表，得到当前待测容器内的液面高度。

其中，r为第一电阻R1以及电路本身寄生电阻组成，电路制作出来后，第一电阻R1和寄生电阻就不会发生改变，因此在该电路中，r为一种常量；c由第一电容C1和电路本身寄生电容以及TK所连接的导电件Ctk组成，由于第一电容C1和本身寄生电容也为一种常量，故c的变化取决于Ctk。

需要说明的是，在本实施例中，参考图2，MCU的第2引脚和第3引脚输出0V对第一电容进行放电，放电至第一电容没有电量存储，此操作过程是为了确保每次充电过程第一电容的电量均从0V开始，若第一电容未进行放电操作，会导致检测时间不准确。然后初始化并开启定时器，将MCU第2引脚设置为低电平输出，第3引脚设置为上拉输入状态，待MCU的第3引脚上的电压达到研发人员设置的阈值电压时，停止定时器，获取定时器的计数值，即为充电时间t，通过检测到的时间t，主控制器可以根据预先存储的t-k映射表确定t和rc的比例值k，由于电路制作出来后，r为固定值，便可以得到当前液面对应的容值c，从而主控制器能够通过预先存储的液面高度-容值映射表，得到当前待测容器内的液面高度，即可确定当前待测容器的水位，然后主控制器将数据输出出来。

通过上述设置，只需要一个电阻和一个电容，就可以对水位高度进行检测，在实现了通过触点检测方式对待测容器内液面的高度检测的同时，提高了水位检测装置电路结构的简易性。

本实用新型提出了一种水位检测装置，包括导电件、电容检测电路10和主控电路20。其中，导电件设置在待测容器中，与待测容器中的液体形成电容器，电容检测电路10与导电件电连接，电容检测电路10用于检测电容器的电容值并输出电容检测信号，主控电路20与电容检测电路10电连接，主控电路20用于根据电容检测信号确定待测容器内的液面高度。当用户想要使用水位检测装置计算待测容器内的液面高度时，只需要通过电容检测电路10对导电件与待测容器内液体形成的电容器的对应容值进行检测，并将检测信号输出给主控电路20，主控电路20根据检测信号进行计算，从而确定待测容器内的液面高度。如此，在实际应用中，只需要简单的外围电路，就可以对待测容器内液面的高度进行检测，提高了产品的可靠性。

为此，在本实用新型一实施例中，所述导电件的数量为多个，所述电容检测电路10的数量为多个，多个所述导电件和多个所述电容检测电路10一一对应电连接。

具体地，在实际应用中，每个导电件及对应的电容检测电路10与其他任一导电件及对应的电容检测电路10互不影响，多个导电件和多个电容检测电路10实则为冗余配置。因此，主控电路20能够根据多个电容检测电路10输出的电容检测信号确定多个电容值，从而再将多个电容值按照预设计算方式进行处理后，得到最终导电件和液体形成的电容器的电容值。其中，预设计算方式可以为平均计算，或者是按照预设加权比重计算等，有效地提高了电容检测精度，进而提高了本实用新型水位检测装置检测的精确性。同时，若某一电容检测电路10发生故障没有正常输出，其他的电容检测电路10依然能够正常输出，以使得主控电路20能够正常地确定当前导电件和液体形成的电容器的电容值，有效地提高了本实用新型水位检测装置工作的可靠性。

可以理解的是，在另一实施例中，多个所述导电件的类型为至少两种，例如，当多个导电件和多个电容检测电路10一一对应电连接时，用户可以选择导电件分别为导线和探针。导线与待测容器内的液体形成一个电容器，探针与待测容器内的液体形成一个电容器，不同类型的导电件对应的电容检测电路10分别对其电容器的容值进行检测并输出给主控电路20，主控电路20根据检测信号确定电容值并计算出待测容器内液体的高度。如此，主控电路20对同一类型的导电件组成的水位检测装置通过预设的计算方式，得到电容器的容值，其中计算方式可以为加权计算或者平均计算等。用户可以将两种类型导电件的计算结果进行比对，从而得到待测容器内液体高度的最终结果。在提高水位检测装置检测的准确性的基础上，也避免了导电件本身可能对检测结果造成的误差，有效提高了本实用新型水位检测装置的可靠性。

在本实用新型一实施例中，参考图2和图3，所述水位检测装置还包括：

触发组件30，触发组件30与主控电路20电连接，并用于被用户触发时输出相应的触发信号；主控电路20用于根据触发信号选择处于工作状态还是停止状态。

在本实施例中，触发组件30可以用按键、触摸屏等来实现。如此，用户在使用本实用新型水位检测装置的过程中，只需要通过操控触发组件30，主控电路20便会根据触发组件输出的结果，开始工作或者停止工作。可以理解的是，为了便于携带和随时随地使用，水位检测装置一般是由其内部的电池供电的，若主控电路20一直保持在工作状态，那么在水位检测装置未进行水位检测时，会消耗电池较多的电量。具体地，参考图2，以按键KEY1为例进行说明，当用户想要使用水位检测装置对待测容器内的液体进行检测时，可以按下按键KEY1，主控制器U1在接收到按键KEY1输出的触发信号时，会从静态休眠状态进入工作状态，以按照上述实施例过程，检测当前导电件和液面形成的电容器的电容值。当用户无需使用时，可以再按下按键KEY1一次，主控制器U1此时会进入静态休眠状态，不再采集和计算当前电容器的电容值，也不会根据电容值确定当前液面的高度，以降低功耗。

可以理解的是，结合上述实施例中多套一一对应电连接的导电件和电容检测电路10，可以对其分别加上装置开关控制按键，用户可以自由选择开启或者关闭其中某一套水位检测装置，并且在同一应用场景选择开启两个以上的检测装置，以争取高精度的结果。在本实施例中，由触发组件30控制主控电路20，防止在非工作状态时，电路元器件仍处于运行过程，造成不必要的功率损耗。如此，通过设置触发组件30，有效地避免了水位检测装置停止工作时可能会造成的功率损耗。

在本实用新型一实施例中，参考图4，水位检测装置还包括：

提示组件40，该提示组件40与主控电路20电连接，主控电路20用于根据电容检测信号控制提示组件40工作，以使提示组件40提示待测容器内的液面高度。

在本实施例中，提示组件40可以用显示提示器件来实现，例如显示屏、数码管、灯组，声音提示等方式来实现。以显示屏为例进行说明，用户在使用本实用新型水位检测装置的过程中，当电容检测电路10对导电件与待测液体形成的电容器进行检测并输出相应的检测信号给主控制器时，主控制器会根据检测信号确定待测容器内液体的高度，并且主控制器会输出提示信号到显示屏，控制显示屏进行相应的提示，用户便可以根据显示屏上显示的结果，快速并直观地得到待测容器内液体的高度。同理，当提示组件40采用语音提示方式时，如扬声器，上述主控制器根据电容检测电路10的检测信号生成相应的声音控制信号，并使用该声音控制信号控制扬声器进行相应的语音提示，用户便可以通过扬声器获得待测容器内的液体高度。同时，当用户想要使用水位检测装置进行水位检测时，并不需要一直观察并等待结果，用户只需要在扬声器进行语音提示时将结果记录下来即可。如此，在本实用新型中，提示组件40的设置使水位检测结果具有直观性，提高了用户使用的便利性。

在本实用新型一实施例中，参考图5，所述水位检测装置还包括：

通信电路50，该通信电路50与主控电路20电连接，还用于与外部终端建立通信连接；主控电路20用于经通信电路50将电容检测信号输出至外部终端。

在本实施例中，可选的，通信电路50可以采用有线通信模块来实现，例如LIN通信模块、CAN通信模块、RS485收发器芯片等，主控电路20可以经有线通信模块并通过与其类型对应的总线或者是传输线将电容检测信号亦或者液面高度输出至外部终端。可选的，通信电路50还可以采用无线通信模块来实现，例如WiFi模块、蓝牙模块、4G/5G模块等，主控电路20可以经无线通信模块与外部终端建立通信连接，以将电容检测信号亦或者液面高度输出至外部终端。其中，外部终端可以选择移动终端手机、笔记本、平板电脑等来实现，如此，用户在对待测容器的液面进行确认时，可以通过外部终端进行远程确认，提高了本实用新型水位检测装置使用的便利性。

以上所述内容仅为本实用新型的可选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种水位检测装置，其特征在于，所述水位检测装置包括：

导电件，所述导电件用于设置在待测容器中，以与所述待测容器中的液体形成电容器；

电容检测电路，所述电容检测电路与所述导电件电连接，并用于检测所述电容器的电容值并输出电容检测信号；

主控电路，所述主控电路与所述电容检测电路电连接，并用于根据所述电容检测信号确定所述待测容器内的液面高度。

2.如权利要求1所述的水位检测装置，其特征在于，所述电容检测电路包括：

第一电容，所述第一电容与所述主控电路电连接，所述第一电容用于通过所述第一电容两端电压的变化率来检测水位；

第一电阻，所述第一电阻的第一端与所述导电件连接，所述第一电阻的第二端与所述第一电容连接，所述第一电阻用于控制所述第一电容的充放电速率。

3.如权利要求1所述的水位检测装置，其特征在于，所述导电件至少为金属片、金属导线、弹簧中的一种。

4.如权利要求1所述的水位检测装置，其特征在于，所述导电件的数量为多个，所述电容检测电路的数量为多个，多个所述导电件和多个所述电容检测电路一一对应电连接。

5.如权利要求4所述的水位检测装置，其特征在于，多个所述导电件的类型为至少两种。

6.如权利要求1-5任一项所述的水位检测装置，其特征在于，所述水位检测装置还包括：

触发组件，所述触发组件与所述主控电路电连接，并用于在被用户触发时输出相应的触发信号；

所述主控电路，用于根据所述触发信号处于工作状态或者停止工作状态。

7.如权利要求1-5任一项所述的水位检测装置，其特征在于，所述水位检测装置还包括：

提示组件，所述提示组件与所述主控电路电连接；

所述主控电路，用于根据所述电容检测信号，控制所述提示组件工作，以使所述提示组件提示所述待测容器内的液面高度。

8.如权利要求1-5任一项所述的水位检测装置，其特征在于，所述水位检测装置还包括：

通信电路，所述通信电路与所述主控电路电连接，所述通信电路还用于与外部终端建立通信连接；

所述主控电路，还用于经所述通信电路将所述电容检测信号输出至所述外部终端。