CN102121844B - 基于巨磁阻传感器的非接触式液位测量仪 - Google Patents

基于巨磁阻传感器的非接触式液位测量仪 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种液位测量仪，包括：***到容器中的耐腐蚀管(1)，该耐腐蚀管(1)包括与容器中的液体相通的小孔(3)；铁磁浮子(2)，置于耐腐蚀管内，并且在竖直方向上磁化；长条形电路板(5)，在该长条形电路板(5)的竖直方向均匀分布若干巨磁阻传感器(4)，用于检测铁磁浮子(2)的磁场；以及信号处理模块(6)，耦合到电路板(5)，其中将巨磁阻传感器(4)检测到的磁场信号输入到信号处理模块(6)，从中提取两个最强的磁场信号，根据这两个信号所对应的巨磁阻传感器(4)的位置和两个信号的强度值，得到液面位置。

Description

基于巨磁阻传感器的非接触式液位测量仪
技术领域
本发明涉及液位测量，具体而言，涉及一种基于巨磁阻传感器的非接触式液位测量仪。
背景技术
液位测量仪在很多领域具有广泛的应用。包括机车油箱，锅炉，石油和化工产业，饮料，污水处理，太阳能热水器等很多方面需要液位的检测。
目前市场上常见的磁感应液位测量仪大多数是利用磁性浮子控制干簧管内磁性开关触点通断或者控制磁性翻板的原理。由于常用的磁性开关灵敏度低，通常只能采用通和断两种状态。这种开关式液位测量仪通常只能检测一个或者几个点的液位。液位高度的分辨率由磁性开关的数量决定，比如公开号为CN2302506和CN1351249的两份专利所采用的磁感应标尺。另外，这种磁性开关式的液位测量仪需要利用磁性浮子和磁性开关之间的磁性耦合，而这种耦合在浮子上所产生的力容易导致浮子的卡位。有些情况下，只知道几个点的液位是不够的，需要实时的液位的精确测量。目前市场上超声波和光电液位测量仪可用来精确测量液位。但是这两者安装较为复杂，并且成本较高。
因此，需要一种能够精确测量液位的、结构简单、性能可靠的液位测量仪。
巨磁阻传感器是用来检测磁场大小的传感器。巨磁阻传感器具有成本低，稳定性高，灵敏度高等特点。当一组巨磁阻传感器阵列和磁性浮子相结合时，可以利用传感器检测到的铁磁浮子周围的磁场大小精确计算出液位的位置。由于其高灵敏度特点，该液位测量仪所能检测的液位高度的分辨率远小于传感器之间的间距。巨磁阻传感器由于磁性部分体积很小，传感器本身产生的磁场对磁性浮子几乎没有作用力，从而不易引起浮子卡位。这种液位测量仪采用非接触式，所有电子部件都在容器外面，使用灵活，可靠性高。
本发明的发明人意识到，可以利用巨磁阻传感器来构造一种新型液位测量仪，以解决现有技术中存在的上述问题。
发明内容
本发明的第一方面提供了一种液位测量仪，包括：***到容器中的耐腐蚀管，该耐腐蚀管包括与容器中的液体相通的小孔；铁磁浮子，置于耐腐蚀管内，并且在竖直方向上磁化；长条形电路板，在该长条形电路板的竖直方向均匀分布若干巨磁阻传感器，用于检测铁磁浮子的磁场；以及信号处理模块，耦合到电路板，其中将巨磁阻传感器检测到的磁场信号输入到信号处理模块，从中提取两个最强的磁场信号，根据这两个信号所对应的巨磁阻传感器的位置和两个信号的强度值，得到液面位置。
本发明的第二方面提供了一种液位测量方法，包括：提供***到容器中的耐腐蚀管，该耐腐蚀管包括与容器中的液体相通的小孔；提供铁磁浮子，置于耐腐蚀管内，并且在竖直方向上磁化；提供长条形电路板，在该长条形电路板的竖直方向均匀分布若干巨磁阻传感器，用于检测铁磁浮子的磁场；以及从巨磁阻传感器检测到的磁场信号中提取两个最强的磁场信号，根据这两个信号所对应的巨磁阻传感器的位置和两个信号的强度值，得到液面位置。
附图说明
图1示出了根据本发明实施例的液位测量仪的结构。
图2示出了根据本发明实施例的铁磁浮子的结构。
具体实施方式
下面参考附图说明本发明的一般性原理。
图1示出了根据本发明实施例的液位测量仪的结构。如图1所示，根据本发明实施例的液位测量仪包括一根***到容器中的耐腐蚀管1。耐腐蚀管内部放置一个铁磁浮子2，该铁磁浮子可以是磁性材料做成的空心小球。该小球的一端加上一些重物11，使得小球浮在液面上时始终保持竖直方向12，即小球的磁化方向，如图2所示。这样，位于容器外的巨磁阻传感器所检测到的磁场不会因为小球方向的改变而改变。耐腐蚀管底部有一个和液体相通的小孔3，保证耐腐蚀管1内部的液面和容器中液面相平。小孔3的形状可以被形成为使得浮子不会离开耐腐蚀管1，例如，可以是直径小于浮子2的圆孔，或者是具有网状隔离物的小孔。
根据本发明实施例的液位测量仪还包括一块长条形电路板5，在电路板的竖直方向均匀分布若干巨磁阻传感器4。传感器4之间的间隔由铁磁浮子2的磁场强度和传感器4的灵敏度决定，原则是铁磁浮子2处于任意位置时，保证有两个巨磁阻传感器4能测到足够强的信号。通常，这个间隔为几厘米到几十厘米。
将巨磁阻传感器4检测到的磁场信号输入到信号处理模块6。该信号处理模块6可以集成在电路板5上。从巨磁阻传感器4测得的磁场强度信号中提取两个最强的信号，根据这两个信号所对应的巨磁阻传感器4的位置和两个信号的强度值，可以得到铁磁浮子2所在的竖直方向的坐标，即液面位置9。
例如，假设对应于最强磁场信号的两个传感器的位置坐标分别为z1和z2，测得的磁场强度分别为B1和B2。那么液面坐标近似为：
z = B 1 z 1 + B 2 z 2 B 1 + B 2
或者，可以通过对铁磁浮子的磁场进行数值模拟来计算液面位置与传感器位置和磁场强度之间的关系，或通过实际液面测量来获得液面位置与传感器位置和磁场强度之间的关系，从而对液位测量仪进行标定。
根据本发明实施例的液位测量仪的测量结果可以精确到几毫米甚至更小。
信号处理模块6处理得到的液面位置可连接到显示模块实时显示或者输入自动控制***。
当容器8为敞口容器时，耐腐蚀管1和电路板5可以利用支撑物7在顶部固定在一起，成为一体，方便使用。当容器8是密封容器时，耐腐蚀管1和电路板5可以分别固定在容器内壁和外壁。
尽管已示出并说明了本发明总体构思的几个示例性实施例，但本领域的技术人员应理解的是，在不背离本发明总体构思的原则和精神的情况下，可以对这些实施例作出改变。本发明总体构思的范围由所附权利要求及其等同概念所限定。

Claims (14)

1.一种液位测量仪，包括：
***到容器中的耐腐蚀管(1)，该耐腐蚀管(1)包括与容器中的液体相通的小孔(3)；
铁磁浮子(2)，置于耐腐蚀管内，并且在竖直方向上磁化；
长条形电路板(5)，在该长条形电路板(5)的竖直方向均匀分布若干巨磁阻传感器(4)，用于检测铁磁浮子(2)的磁场；以及
信号处理模块(6)，耦合到电路板(5)，其中
将巨磁阻传感器(4)检测到的磁场信号输入到信号处理模块(6)，从中提取两个最强的磁场信号，根据这两个信号所对应的巨磁阻传感器(4)的位置和两个信号的强度值，得到液面位置(9)。
2.根据权利要求1所述的液位测量仪，其中巨磁阻传感器(4)之间的间隔由铁磁浮子(2)的磁场强度和巨磁阻传感器(4)的灵敏度决定，使得当铁磁浮子(2)处于任意位置时，至少有两个巨磁阻传感器(4)能测到足够强的信号。
3.根据权利要求1所述的液位测量仪，其中所述铁磁浮子是磁性材料制成的空心小球，并且在所述空心小球的一端加有重物(11)。
4.根据权利要求1所述的液位测量仪，其中当对应于两个最强磁场信号的两个巨磁阻传感器(4)的位置坐标分别为z1和z2，两个最强磁场信号的强度值分别为B1和B2时，液面位置(9)的坐标为：
z = B 1 z 1 + B 2 z 2 B 1 + B 2 .
5.根据权利要求1所述的液位测量仪，其中通过对铁磁浮子(2)的磁场进行数值模拟来计算液面位置(9)与两个最强磁场信号的强度值和对应于两个最强磁场信号的巨磁阻传感器(4)位置之间的关系，从而对液位测量仪进行标定。
6.根据权利要求1所述的液位测量仪，其中通过实际液面测量获得液面位置(9)与两个最强磁场信号的强度值和对应于两个最强磁场信号的巨磁阻传感器(4)位置之间的关系，从而对液位测量仪进行标定。
7.根据权利要求1所述的液位测量仪，其中所述耐腐蚀管(1)和电路板(5)利用支撑物(7)在顶部固定在一起，或者所述耐腐蚀管(1)和电路板(5)分别固定在容器内壁和外壁。
8.一种液位测量方法，包括：
提供***到容器中的耐腐蚀管(1)，该耐腐蚀管(1)包括与容器中的液体相通的小孔(3)；
提供铁磁浮子(2)，置于耐腐蚀管内，并且在竖直方向上磁化；
提供长条形电路板(5)，在该长条形电路板(5)的竖直方向均匀分布若干巨磁阻传感器(4)，用于检测铁磁浮子(2)的磁场；以及
从巨磁阻传感器(4)检测到的磁场信号中提取两个最强的磁场信号，根据这两个信号所对应的巨磁阻传感器(4)的位置和两个信号的强度值，得到液面位置。
9.根据权利要求8所述的液位测量方法，其中巨磁阻传感器(4)之间的间隔由铁磁浮子(2)的磁场强度和巨磁阻传感器(4)的灵敏度决定，使得当铁磁浮子(2)处于任意位置时，至少有两个巨磁阻传感器(4)能测到足够强的信号。
10.根据权利要求8所述的液位测量方法，其中所述铁磁浮子是磁性材料制成的空心小球，并且在所述空心小球的一端加有重物(11)。
11.根据权利要求8所述的液位测量方法，其中当对应于两个最强磁场信号的两个巨磁阻传感器(4)的位置坐标分别为z1和z2，两个最强磁场信号的强度值分别为B1和B2时，液面位置(9)的坐标为：
z = B 1 z 1 + B 2 z 2 B 1 + B 2 .
12.根据权利要求8所述的液位测量方法，其中通过对铁磁浮子(2)的磁场进行数值模拟来计算液面位置(9)与两个最强磁场信号的强度值和对应于两个最强磁场信号的巨磁阻传感器(4)位置之间的关系，从而对液位测量仪进行标定。
13.根据权利要求8所述的液位测量方法，其中通过实际液面测量获得液面位置(9)与两个最强磁场信号的强度值和对应于两个最强磁场信号的巨磁阻传感器(4)位置之间的关系，从而对液位测量仪进行标定。
14.根据权利要求8所述的液位测量方法，其中所述耐腐蚀管(1)和电路板(5)利用支撑物(7)在顶部固定在一起，或者所述耐腐蚀管(1)和电路板(5)分别固定在容器内壁和外壁。
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