CN110823321A - 一种液位测量装置及其液位测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液位测量装置及其液位测量方法，包括浮体、摆臂、轴承、轴、角度测量装置、直线导轨、单片机、电源和显示器等部分，摆臂的一端固定浮体，另一端通过轴承连接轴并绕轴转动，角度测量装置安装在摆臂上，单片机与角度测量装置连接并采集其信号，直线导轨上设触点和可沿导轨做往复直线运动的平台，轴固定于直线导轨的平台上，显示器显示单片机计算的实时液位，电源给单片机、角度测量装置、显示器及平台供电。本发明的液位测量装置具有精度高、灵敏度高、结构简单、成本低、性能可靠的优点，广泛适用于工业、农业、环境等领域中对精度要求高的液位测量。

Description

一种液位测量装置及其液位测量方法

技术领域

本发明是涉及一种液位的测量，具体地说是涉及一种高精度的液位测量装置及其液位测量方法。

背景技术

液位测量装置被广泛应用于液体表面位置测量，广泛应用于工业、农业、环境等领域。常见的液位仪有压力式液位仪、磁翻板液位仪、超声波液位仪、雷达液位仪、浮球液位计等，但是由于测量原理、工艺技术的原因，目前的液位计测量精度不高，尤其是当所测液面变化范围较小时，测量误差对测量结果的影响很大，因此急需开发高精度液位仪。

发明内容

发明目的：为了克服上述现有技术中存在的不足，本发明提供一种液位测量装置及其测量方法。

技术方案：本发明提供的液位仪包括浮体、摆臂、轴承、轴、角度测量装置、直线导轨、单片机、电源和显示器，所述摆臂的一端固定浮体，另一端通过轴承连接轴并绕轴转动，所述角度测量装置采用安装在摆臂上的角度传感器，实时测量其X、Y轴与水平方向的夹角，即测定摆臂与水平方向的夹角，所述单片机与角度测量装置连接并采集其信号，所述直线导轨上设沿导轨运动的平台，所述轴固定于直线导轨平台上，所述平台具有动力并受单片机控制进行往复直线运动，所述显示器显示单片机计算的实时液位，所述电源给单片机、角度传感器、显示器及平台供电。

本发明还提供一种液位测量方法，包括如下步骤：

（1）将液位测量装置安装在液位测量处，将直线导轨上的平台移动到离液面最近的触点处，使浮体自由浮于液面上，标记吃水线；

（2）采用电子陀螺仪测量摆臂与水平方向的夹角θ，使用外力强制摆动摆臂使浮体吃水线处于设定的零点液位，在单片机上设定此刻为测量零点，单片机记录此刻摆臂与水平方向的夹角θ ₀ ，释放摆臂，开始自动测量液面；

（3）当液位上涨，所测θ即将超过当前触点处角度传感器的量程上限时，单片机发出指令，使平台沿导轨上移至当前触点上方的第一个触点，并读出此时摆臂与水平方向的夹角θ；

（4）当液位下降，所测θ即将超过当前触点处角度传感器的量程下限时，单片机发出指令，使平台沿导轨下移至当前触点下方的第一个触点，并读出此时摆臂与水平方向的夹角θ；

（5）设摆臂长为L，相邻两触点间距为D，平台向上移动m次，向下移动n次，相对于起始触点位移为(n-m)D，通过以下公式计算实时液位：

进一步地，为更好地实现本发明，所述单片机包含人机交互设备及软件***。

进一步地，为更好的实现本发明，所述浮体由内置阻尼器与浮体外壳组成，阻尼器为质量大于浮体外壳、体积小于浮体外壳的重物，且重物与浮体外壳之间通过至少一根弹簧连接。

进一步地，为更好地实现本发明，所述浮体通过铰支座固定在摆臂上，且浮体重心低于液面。

进一步的，为更好地实现本发明，所述摆臂选用不易弯曲的轻质材料，且具备伸长、缩短并锁定的功能以改变测量量程。

进一步地，为更好地实现本发明，所述平台上设置第一轴与第二轴，所述轴承的外圈固定第一齿轮，所述第一齿轮与摆臂同步转动且与绕第二轴转动的第二齿轮啮合形成变速传动***，通过改变第一齿轮与第二齿轮的直径比与齿数比来调整传动比，所述角度传感器安装在轴第二齿轮上，当第一齿轮与第二齿轮传动比小于1时，第二齿轮放大第一齿轮的转动角度，通过监测第二齿轮转动角度以提高测量精度。

进一步地，为更好地实现本发明，所述直线导轨上布置间距已知的触点，所述具有动力的平台在单片机的控制下沿导轨运动，在每个触点处停留，并通过所述触点进行定位；所述触点处为导体，在平台上固定断开的信号线，根据判断断开的信号线是否被触点处的导体接通而产生信号来判断所述平台是否到达触点位置。

进一步地，为更好地实现本发明，平台在相邻两个触点上时，角度传感器的测量范围有重合。

有益效果：本发明与现有技术相比，其显著效果在于，选用电子陀螺仪作为角度传感器实时测量摆臂与水平方向夹角，实现将液位测量转化为角度测量，再通过齿轮啮合***将角度放大便于测量，且电子陀螺仪的角度测量精度在0.05度以内，保证了测量的精准度。由于每次电子陀螺仪对摆臂角度测量是以水平方向为参考的，因此角度测量不存在累计误差，进一步保证了液位测量的稳定性。通过调整可伸缩、锁定的摆臂长度使得装置处于最佳测量状态，即将超过量程时通过单片机自动控制平台移动至新触点以增加量程，触点间距为事先标定不存在累积误差，相比现有的液位仪具有精度高、灵敏度高、结构简单、成本低、性能可靠等优点，可广泛用于工业、农业、环境等领域的高精度液位测量。

附图说明

图1是本发明的实施例的液位测量装置结构示意图；

图2是本发明的实施例的浮体结构示意图；

图3是本发明实施例的工作流程图；

图中：1浮体，2摆臂，3角度测量装置，4单片机，5轴承，6轴，701直线导轨，702平台，801第一齿轮，802第二齿轮，9触点，101浮体外壳，102弹簧，103重物。

具体实施方式

实施例：本实施例的液位测量装置结构如图1所示，包括浮体1、摆臂2、角度测量装置3、单片机4、轴承5、轴6、直线导轨701、平台702、第一齿轮801、第二齿轮802、触点9。浮体1外部与摆臂2一端连接，摆臂2的另一端通过轴承5连接轴6并绕轴6转动。角度测量装置3安装在摆臂2上，测量摆臂2与水平方向夹角，单片机4与角度测量装置3连接并采集其数据。通过调整第一齿轮801与第二齿轮802的传动比，使第二齿轮802转动角度与第一齿轮801转动角度成倍数关系，以此放大摆臂2的转动角度，将角度测量装置3安装在第二齿轮802上，以获取更精确的摆臂2转动角度。第一齿轮801与摆臂2同步绕轴6转动，轴6固定在平台702上，平台702在单片机4控制下沿直线导轨701往复运动，导轨701上设触点9，通过判断平台702上的传感器是否感应触点9对平台702的运动进行定位。浮体1结构如图2所示，包含浮体外壳101、弹簧102与重物103，浮体外壳101选用中空、具有密封性的轻质材料，内部通过至少一根弹簧102连接重物103。

本发明公开的液位测量方法，包括如下步骤：

（1）将液位测量装置安装在液位测量处，将直线导轨上的平台移动到离液面最近的触点处，使浮体自由浮于液面上，标记吃水线；

（2）采用电子陀螺仪测量摆臂与水平方向的夹角θ，使用外力强制摆动摆臂使浮体吃水线处于设定的零点液位，在单片机上设定此刻为测量零点，单片机记录此刻摆臂与水平方向的夹角θ ₀ ，释放摆臂，开始自动测量液面；

（3）当液位上涨，所测θ即将超过当前触点处角度传感器的量程上限时，单片机发出指令，使平台沿导轨上移至当前触点上方的第一个触点，并读出此时摆臂与水平方向的夹角θ；

（4）当液位下降，所测θ即将超过当前触点处角度传感器的量程下限时，单片机发出指令，使平台沿导轨下移至当前触点下方的第一个触点，并读出此时摆臂与水平方向的夹角θ；

（5）设摆臂长为L，相邻两触点间距为D，平台向上移动m次，向下移动n次，相对于起始触点位移为(n-m)D，通过以下公式计算实时液位：

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并非对本发明做出任何形式上的限制，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种液位测量装置，所述的装置由浮体、摆臂、轴承、轴、角度测量装置、直线导轨、单片机、电源和显示器组成，其特征在于：摆臂的一端固定浮体，另一端通过轴承连接轴并绕轴转动，所述角度测量装置安装在摆臂上，所述单片机与角度测量装置连接并采集其信号，所述直线导轨上设沿导轨运动的平台，所述轴固定于平台上，所述平台具有动力并受单片机控制进行往复直线运动，所述显示器显示单片机计算的实时液位，所述电源给单片机、角度测量装置、显示器及平台供电。

2.根据权利要求1所述的一种液位测量装置，其特征在于：所述直线导轨上布置间距已知的触点，所述具有动力的平台在单片机的控制下沿导轨运动，在每个触点处停留，并通过所述触点进行定位。

3.根据权利要求1所述的一种液位测量装置，其特征在于：所述触点安放磁铁，在平台上固定磁敏开关。

4.根据权利要求1所述的一种液位测量装置，其特征在于：所述角度测量装置选用电子陀螺仪，测定其X、Y轴与水平方向夹角。

5.根据权利要求1所述的一种液位测量装置，其特征在于：所述浮体内装有阻尼器。

6.实施权利要求1所述的一种液位测量装置，其特征在于：本发明提供一种液位测量方法，其特征在于：包括如下步骤：

（1）将液位测量装置安装在液位测量处，将直线导轨上的平台移动到离液面最近的触点处，使浮体自由浮于液面上，标记吃水线；

（2）采用电子陀螺仪测量摆臂与水平方向的夹角θ，使用外力强制摆动摆臂使浮体吃水线处于设定的零点液位，在单片机上设定此刻为测量零点，单片机记录此刻摆臂与水平方向的夹角θ ₀ ，释放摆臂，开始自动测量液面；

（3）当液位上涨，所测θ即将超过当前触点处角度传感器的量程上限时，单片机发出指令，使平台沿导轨上移至当前触点上方的第一个触点，并读出此时摆臂与水平方向的夹角θ；

（4）当液位下降，所测θ即将超过当前触点处角度传感器的量程下限时，单片机发出指令，使平台沿导轨下移至当前触点下方的第一个触点，并读出此时摆臂与水平方向的夹角θ；

（5）设摆臂长为L，相邻两触点间距为D，平台向上移动m次，向下移动n次，相对于起始触点位移为(n-m)D，通过以下公式计算实时液位：

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