CN109471462A - 一种液位高度智能监测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种液位高度智能监测装置，包括进水管、液箱、出水管和电源，所述液箱为封闭的空心圆柱体结构，所述液箱的圆柱外表面上固定安装有进水管，所述液箱的底部安装有出水管，所述进水管和出水管上分别设置有进水控制开关和出水控制开关，所述液箱的下表面固定连接有U形管，所述U形管内部为空心结构，所述U形管的外壁上活动安装有第一固定扣和第二固定扣，所述第二固定扣位于液箱的正下方，所述第一固定扣位于U形管的中间。本发明中信号处理模块的内部电路采用全桥差动直流电桥电路，此结构的电桥电路可以有效减小非线性误差，提高灵敏度，同时还具有温度补偿作用，具有结构简单、成本低、精度高以及容易维护的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种液位高度智能监测装置，具体地说是液位高度测量装置，属于智能检测技术领域。
背景技术
液位高度监测装置广泛应用于白色家电水箱、太阳能水箱、水塔、液位控制箱、矿井、石油化工以及水利建设等领域，液位高度的精确监测对设备的安全运行及安全生产起到了至关重要的作用。
目前对液位高度监测的装置种类很多，市场上常见的主要有以下两种，一种是简单的机械式控制装置，如浮标式，这种监测装置的结构较为简单、成本低廉，但精度不高、不能进行相关的数值显示、极其容易引起误控制且只能进行单独控制；另一种是基于复杂控制器控制的装置，相比机械式而言，测量精度较高，但价格比较昂贵，基于上述缺陷，本发明提出了一种基于柔性薄膜压力传感器的液位高度智能监测装置，妥善的解决了上述所提及的一些问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，且设计的结构简单、成本低、精度高以及容易维护。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
按照本发明提供的技术方案：一种液位高度智能监测装置，包括进水管、液箱、出水管和电源，所述液箱为封闭的空心圆柱体结构，所述液箱的圆柱外表面上固定安装有进水管，所述液箱的底部安装有出水管，所述进水管和出水管上分别设置有进水控制开关和出水控制开关，所述液箱的下表面固定连接有U形管，所述U形管内部为空心结构，所述U形管的外壁上活动安装有第一固定扣和第二固定扣，所述第二固定扣位于液箱的正下方，所述第一固定扣位于U形管的中间，所述U形管的末端固定连接有液位缓冲腔，所述液位缓冲腔通过连接管连接有保护罩，所述保护罩的内壁上左右对称安装有支架，两个所述支架上分别固定安装有电源和信号处理模块，所述保护罩的内部底面上固定设置有纳米柔性薄膜压力传感器，所述保护罩的底面上设置有通孔，所述通孔的一端与纳米柔性薄膜压力传感器接触，所述通孔的另一端与连接管连接。
作为本发明的进一步改进，所述液位缓冲腔和保护罩均为空心结构。
作为本发明的进一步改进，所述保护罩的下表面与液箱的下表面相平。
作为本发明的进一步改进，所述通孔的截面形状为梯形结构，所述通孔的大口端朝上，所述通孔的小口端朝下，所述通孔的大口端与纳米柔性薄膜压力传感器在空间上相匹配接触，所述通孔小口端的直径与连接管的内径相同。
作为本发明的进一步改进，所述液箱内部的下表面与U形管的连接处固定设置有过滤网。
作为本发明的进一步改进，所述纳米柔性薄膜压力传感器由第一柔性衬底、柔性电极层、支撑层、第二柔性衬底、压力敏感层以及柔性封装层组成，所述第二柔性衬底的下表面安装有压力敏感层，所述第一柔性衬底的上表面安装有柔性电极层，所述压力敏感层与柔性电极层通过两侧的支撑层连接，所述柔性封装层覆盖于第一柔性衬底与第二柔性衬底的边缘。
作为本发明的进一步改进，所述纳米柔性薄膜压力传感器通过电学输出信号与信号处理模块电性连接，所述信号处理模块分别与显示模块和控制***相连，所述控制***上分别设置有水闸控制模块和报警模块，所述水闸控制模块分别与进水控制开关和出水控制开关电性连接，所述控制***上安装有预订参数及控制状态设定模块，所述预订参数及控制状态设定模块与控制***电性相连，所述电源与纳米柔性薄膜压力传感器、信号处理模块、显示模块以及控制***分别连接。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
1)、本发明通过在液箱内部的下表面与U形管的连接处固定设置有过滤网，过滤网的设置可以避免液箱内的杂物进入到U形管内，且该发明中液位缓冲腔的设置可以减小因液箱内液面的波动而给纳米柔性薄膜压力传感器带来的监测误差。
2)、本发明通过在纳米柔性薄膜压力传感器的内部设置有压力敏感层，当压力敏感层受到外界压力刺激时，压力敏感材料的电阻率发生变化，从而导致纳米柔性薄膜压力传感器输出电阻值的改变，进而实现对压力大小变化的精确感知。
3)、本发明通过设置有信号处理模块和单片机的控制***，信号处理模块里的信号处理电路将接收的电学信号进行前置放大、整形、滤波、A/D转换等处理变换成数字信号传送到单片机，经单片机运算和预定的阻值-液位高度之间的参数比较，进行PID运算，得出调节参量，经由D/A变换输入给控制***执行相应的控制命令，从而完成进排水的智能化以及自动化控制的目的。
4)、本发明中信号处理模块的内部电路采用全桥差动直流电桥电路，此结构的电桥电路可以有效减小非线性误差，提高灵敏度，同时还具有温度补偿作用，可见该装置具有结构简单、成本低、精度高以及容易维护的特点。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明的保护罩的内部结构示意图。
图3为本发明的液箱的内部结构示意图。
图4为本发明的纳米柔性薄膜压力传感器的内部结构示意图。
图5为本发明的电路连接示意图。
图中：1、进水控制开关；2、进水管；3、液箱；4、出水管；5、出水控制开关；6、保护罩；7、连接管；8、液位缓冲腔；9、U形管；10、第一固定扣；11、第二固定扣；12、电源；13、支架；14、纳米柔性薄膜压力传感器；15、信号处理模块；16、通孔；17、过滤网；18、柔性封装层；19、支撑层；20、第二柔性衬底；21、压力敏感层；22、柔性电极层；23、第一柔性衬底；24、显示模块；25、控制***；26、水闸控制模块；27、报警模块；28、预订参数及控制状态设定模块。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
如图1-5所示，一种液位高度智能监测装置，包括进水管2、液箱3、出水管4和电源12，所述液箱3为封闭的空心圆柱体结构，所述液箱3的圆柱外表面上固定安装有进水管2，所述液箱3的底部安装有出水管4，所述进水管2和出水管4上分别设置有进水控制开关1和出水控制开关5，所述液箱3的下表面固定连接有U形管9，所述U形管9内部为空心结构，所述U形管9的外壁上活动安装有第一固定扣10和第二固定扣11，所述第二固定扣11位于液箱3的正下方，所述第一固定扣10位于U形管9的中间，所述U形管9的末端固定连接有液位缓冲腔8，所述液位缓冲腔8通过连接管7连接有保护罩6，所述保护罩6的内壁上左右对称安装有支架13，两个所述支架13上分别固定安装有电源12和信号处理模块15，所述保护罩6的内部底面上固定设置有纳米柔性薄膜压力传感器14，所述保护罩6的底面上设置有通孔16，所述通孔16的一端与纳米柔性薄膜压力传感器14接触，所述通孔16的另一端与连接管7连接。
如图1和2所示，其中，所述液位缓冲腔8和保护罩6均为空心结构，且液位缓冲腔8内部下表面的面积远远大于U形管9的截面尺寸，故当液箱3内的液面不断波动时，通过液位缓冲腔8可以使连接管7内的液体波动较为平稳，纳米柔性薄膜压力传感器14检测到的压力信号不变，从而可以减小因液箱3内液面的波动而带来的监测误差。
如图1所示，其中，所述保护罩6的下表面与液箱3的下表面相平，从而当连接管7内充满液体时，纳米柔性薄膜压力传感器14检测到的压力信号为零。
如图2所示，其中，所述通孔16的截面形状为梯形结构，所述通孔16的大口端朝上，所述通孔16的小口端朝下，所述通孔16的大口端与纳米柔性薄膜压力传感器14在空间上相匹配接触，所述通孔16小口端的直径与连接管7的内径相同，当液体从小口端进，大口端出时，大口端与纳米柔性薄膜压力传感器14之间接触面更广，故可以使纳米柔性薄膜压力传感器14检测出的效果更好。
如图3所示，其中，所述液箱3内部的下表面与U形管9的连接处固定设置有过滤网17，过滤网17的设置可以避免液箱3内的杂物进入到U形管9内。
如图4所示，其中，所述纳米柔性薄膜压力传感器14由第一柔性衬底23、柔性电极层22、支撑层19、第二柔性衬底20、压力敏感层21以及柔性封装层18组成，所述第二柔性衬底20的下表面安装有压力敏感层21，所述第一柔性衬底23的上表面安装有柔性电极层22，所述压力敏感层21与柔性电极层22通过两侧的支撑层19连接，所述柔性封装层18覆盖于第一柔性衬底23与第二柔性衬底20的边缘，从而起到防水的功能，且当纳米柔性薄膜压力传感器14内部的压力敏感层21受到压力刺激时，因压力敏感材料电阻率的变化导致压力传感器输出电阻变化，从而实现对压力大小的精确感知。
如图5所示，其中，所述纳米柔性薄膜压力传感器14通过电学输出信号与信号处理模块15电性连接，所述信号处理模块15分别与显示模块24和控制***25相连，所述控制***25上分别设置有水闸控制模块26和报警模块27，所述水闸控制模块26分别与进水控制开关1和出水控制开关5电性连接，所述控制***25上安装有预订参数及控制状态设定模块28，所述预订参数及控制状态设定模块28与控制***25电性相连，所述电源12与纳米柔性薄膜压力传感器14、信号处理模块15、显示模块24以及控制***25分别连接，显示模块24的设置能够实时显示液箱3内的液位高度，当控制***25算出的调节参量与预订参数及控制状态设定模块28所设定的液位高、低限定值不等时，报警模块27就会报警，且信号处理模块15内的电路采用全桥差动直流电桥电路，从而可以有效减小非线性误差，提高灵敏度，同时还具有温度补偿作用。
需要说明的是，本发明为一种液位高度智能监测装置，工作时，通过第一固定扣10和第二固定扣11将该装置固定好，当液体从进水管2流入液箱3后，液体顺着U形管9进入到液位缓冲腔8内，并使液位缓冲腔8内液位的不断上升，直至与保护罩6内的纳米柔性薄膜压力传感器14接触，当液箱3内的水位高度不断发生变化时，纳米柔性薄膜压力传感器14能感知的压力也随之变化，且纳米柔性薄膜压力传感器14能够对液体压力信号进行采集，并转换成相应的电学输出信号发送给信号处理模块15，信号处理模块15经运算处理后反馈给控制***25，算出调节参量并与预订参数及控制状态设定模块28所设定的液位高、低限定值进行对比，从而决定水闸控制模块26对进水控制开关1和出水控制开关5进行相应的进排水控制，以及控制***25是否触发相应的报警模块27，最终实现液箱3内进排水的智能化以及自动化控制的目的，此外，本装置可用于全自动洗衣机的洗衣桶内水位高低检测，还可以用于太阳能水箱、水塔、液位控制箱等液位高度的控制和监测。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (7)
1.一种液位高度智能监测装置，包括进水管(2)、液箱(3)、出水管(4)和电源(12)，其特征在于：所述液箱(3)为封闭的空心圆柱体结构，所述液箱(3)的圆柱外表面上固定安装有进水管(2)，所述液箱(3)的底部安装有出水管(4)，所述进水管(2)和出水管(4)上分别设置有进水控制开关(1)和出水控制开关(5)，所述液箱(3)的下表面固定连接有U形管(9)，所述U形管(9)内部为空心结构，所述U形管(9)的外壁上活动安装有第一固定扣(10)和第二固定扣(11)，所述第二固定扣(11)位于液箱(3)的正下方，所述第一固定扣(10)位于U形管(9)的中间，所述U形管(9)的末端固定连接有液位缓冲腔(8)，所述液位缓冲腔(8)通过连接管(7)连接有保护罩(6)，所述保护罩(6)的内壁上左右对称安装有支架(13)，两个所述支架(13)上分别固定安装有电源(12)和信号处理模块(15)，所述保护罩(6)的内部底面上固定设置有纳米柔性薄膜压力传感器(14)，所述保护罩(6)的底面上设置有通孔(16)，所述通孔(16)的一端与纳米柔性薄膜压力传感器(14)接触，所述通孔(16)的另一端与连接管(7)连接。
2.根据权利要求1所述的一种液位高度智能监测装置，其特征在于：所述液位缓冲腔(8)和保护罩(6)均为空心结构。
3.根据权利要求1所述的一种液位高度智能监测装置，其特征在于：所述保护罩(6)的下表面与液箱(3)的下表面相平。
4.根据权利要求1所述的一种液位高度智能监测装置，其特征在于：所述通孔(16)的截面形状为梯形结构，所述通孔(16)的大口端朝上，所述通孔(16)的小口端朝下，所述通孔(16)的大口端与纳米柔性薄膜压力传感器(14)在空间上相匹配接触，所述通孔(16)小口端的直径与连接管(7)的内径相同。
5.根据权利要求1所述的一种液位高度智能监测装置，其特征在于：所述液箱(3)内部的下表面与U形管(9)的连接处固定设置有过滤网(17)。
6.根据权利要求1所述的一种液位高度智能监测装置，其特征在于：所述纳米柔性薄膜压力传感器(14)由第一柔性衬底(23)、柔性电极层(22)、支撑层(19)、第二柔性衬底(20)、压力敏感层(21)以及柔性封装层(18)组成，所述第二柔性衬底(20)的下表面安装有压力敏感层(21)，所述第一柔性衬底(23)的上表面安装有柔性电极层(22)，所述压力敏感层(21)与柔性电极层(22)通过两侧的支撑层(19)连接，所述柔性封装层(18)覆盖于第一柔性衬底(23)与第二柔性衬底(20)的边缘。
7.根据权利要求1和6所述的一种液位高度智能监测装置，其特征在于：所述纳米柔性薄膜压力传感器(14)通过电学输出信号与信号处理模块(15)电性连接，所述信号处理模块(15)分别与显示模块(24)和控制***(25)相连，所述控制***(25)上分别设置有水闸控制模块(26)和报警模块(27)，所述水闸控制模块(26)分别与进水控制开关(1)和出水控制开关(5)电性连接，所述控制***(25)上安装有预订参数及控制状态设定模块(28)，所述预订参数及控制状态设定模块(28)与控制***(25)电性相连，所述电源(12)与纳米柔性薄膜压力传感器(14)、信号处理模块(15)、显示模块(24)以及控制***(25)分别连接。
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