CN202255546U - 一种基于液体阻抗测量液位的传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于液体阻抗测量液位的传感器，液位检测电极(1)、公共电极、参考电极(2)的两侧分别嵌入绝缘底座(13)和电极支架(4)内，公共电极的测温元件(6)位于外管(5)内，液位检测电极(1)、测温元件(6)、外管(5)和参考电极(2)的各输出引线(10)依次穿过电极支架(4)、引线套(11)后分别与测量转换单元(3)的各输入端口连接，液位检测电极(1)上部的长度大于下部的长度，参考电极(2)上部的长度大于下部的长度，液位检测电极(1)上部裸露部分的长度与参考电极(2)上部的绝缘套II(15)的长度相同，液位检测电极(1)下部的绝缘套I(14)长度与参考电极(2)下部裸露部分长度相同。

Description

一种基于液体阻抗测量液位的传感器

技术领域

本实用新型涉及一种基于液体阻抗测量液位的传感器。

背景技术

随着科技的进步和智能控制技术的广泛应用，液位测量在日常生活和工业生产中具有广泛的应用，如水箱水塔，太阳能热水器水箱，电热水器水箱，下管道管网，化工等工业生产液体反应池，传统的机动车油箱油量测量(非严格意义上的水位，但原理和应用有很大相似)。现在常见的液位测量方法有以下五种：(1)超声测距：在水体上方固定超声发射和接收装置，使用超声波测量液面距离变化，得到液位，但是这种测量方法成本较高，且需要安装在宽敞的空间环境中；(2)压力传感：根据液体深度变化导致压力变化的原理，在水底放置压力传感器，根据压力的变化计算出液位，对水质要求较高，如有泥沙或水垢沉淀容易失准甚至损坏，此外，由于一般安装在水箱底，对密封性有一定要求；(3)浮子/浮球式：浮子式在机动车油箱中有广泛应用，原理类似滑动电阻器，通过浮子上下浮动改变电阻；浮球式则是利用浮球的上下浮动做机械开关，每个浮球可标定一个液位，属于机械测量方法，浮子式的接触式碳膜会随使用时间而磨损，且不适用于水等导电液体，浮球式的机械开关对制作工艺有一定要求，且结构复杂，测量点数受到一定限制。(4)电容传感：利用水(液体)作为两电极之间的介质，液面升降导致电容变化，通过阻容振荡等方法检测电容的变化即可检测水位变化，这种测量的方法对水质要求也较高，受泥沙和水垢的堵塞影响较大；(5)直流电极式：在绝缘直立支撑结构(如橡胶、环氧、塑料棒等)上每隔一定距离安装一个电极，当水漫过电极时，相当于将该电极接地，从而可以短接测量电路电阻串中的一部分，改变电阻串的总电阻，从而通过阻容振荡等其他方法检测电阻串阻值变化得知水位变化，这种方式虽然结构简单，成本低廉，在太阳能热水器水箱传感器中得以广泛使用，但一旦电极表面结上少量水垢，增大接触电阻，就会失效。由于热水箱结水垢较快，因而故障率较高。

发明内容

本实用新型提供了一种基于液体阻抗测量液位的传感器，它不但测量的准确性高，出现故障的几率小，而且提高液位传感器的适应性和使用寿命，增强实用性，同时减少了工艺复杂度和制造成本，且安装使用方便，提高测量的精度，在较低成本下实现了液位线性连续测量。

本实用新型采用了以下技术方案：一种基于液体阻抗测量液位的传感器，它包括液位检测电极、公共电极、参考电极和测量转换单元，液位检测电极、公共电极、参考电极相互平行，液位检测电极、公共电极、参考电极的一端设有绝缘底座，液位检测电极、公共电极、参考电极嵌入绝缘底座内，在液位检测电极、公共电极、参考电极的另一端设有电极支架，液位检测电极、公共电极、参考电极都穿入电极支架内，公共电极包括外管和测温元件，测温元件位于外管内，液位检测电极、测温元件、外管和参考电极一端的连接有输出引线，液位检测电极的输出引线、测温元件的输出引线、外管的输出引线和参考电极的输出引线依次穿过电极支架、引线套后分别与测量转换单元的各输入端口连接，液位检测电极的上部暴露在外部，液位检测电极的下部套有绝缘套I，液位检测电极上部的长度大于液位检测电极下部的长度，参考电极的上部套有绝缘套II，参考电极的下部暴露在外部，参考电极上部的长度大于参考电极下部的长度，液位检测电极上部裸露部分的长度与参考电极上部的绝缘套II的长度相同，液位检测电极下部的绝缘套I长度与参考电极下部裸露部分长度相同。

所述的液位检测电极为金属棒，在液位检测电极上套有的绝缘套I为橡胶、塑料或四氟乙烯。所述的公共电极的外管为金属管，测温元件为热敏电阻。所述的参考电极为金属棒，在参考电极上部套有的绝缘套II为橡胶、塑料或四氟乙烯。所述的绝缘底座为橡胶、塑料或四氟乙烯。所述的电极支架下方设有限位保护电极，限位保护电极的一端嵌入电极支架内，限位保护电极的输出引线依次穿过电极支架和引线套与测量转换单元的输入端口连接。所述的测量转换单元将液位检测电极和公共电极间的液体阻抗Z₁、公共电极和参考电极间的液体阻抗Z₂，两者通过AD采集信号给MCU计算或同、反相比例放大器的运算电路等方式相除，将液位变化转化为相应线性变化的信号输出。

本实用新型具有以下有益效果：本实用新型所述基于液体阻抗测量液位的传感器，具有较强的抗水垢和测量介质适应能力，由液位检测电极、公共电极和具有较短暴露部分、始终浸入待测液体的参考电极，并经过MCU计算或同反向比例放大电路将两者阻抗相除，使得传感器输出仅与测量电极浸入液体的深度成线性正比关系，简化了对传感器输出的后处理和非线性校正步骤，提高了测量精度，同时也消除液体成分、杂质浓度、温度、体积分布测量结果的影响，使得对不同液体测量时，同一输出结果即表示同一液位，大大提高了测量结果的实用性。同时解决目前水位传感技术中泥沙、水垢等实际情况带来的测量失准和故障问题，大大提高了该传感器的可靠度、适应能力、使用寿命和实用度，本实用新型通过液位检测电极和参考电极测量液体分布阻抗，它具有超强的抗水垢能力，能在水垢覆盖传感器表面的情况下正常工作，并实现线性液位测量，超强的抗垢性能大大延长了当前热水箱水位传感器的使用寿命，大大降低了传感器的报废率，为国家和社会节约了大量资源和人力物力。本实用新型在电极支架的下方分别设有限位保护电极，限位保护电极的一端嵌入电极支架内，限位保护电极的输出引线依次穿过电极支架和引线套与测量转换单元的输入端口连接，这样可以实现自动校准，而且具有防止溢出的功能。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图

具体实施方式

在图1中，本实用新型公开了一种基于液体阻抗测量液位的传感器，它包括液位检测电极1、公共电极、参考电极2和测量转换单元3，液位检测电极1、公共电极、参考电极2相互平行，液位检测电极1、公共电极、参考电极2的一端设有绝缘底座13，所述的绝缘底座13为橡胶、塑料或四氟乙烯，液位检测电极1、公共电极、参考电极2嵌入绝缘底座13内，在液位检测电极1、公共电极、参考电极2的另一端设有电极支架4，液位检测电极1、公共电极、参考电极2都穿入电极支架4内，公共电极包括外管5和测温元件6，公共电极的外管5为金属管，测温元件6为热敏电阻，测温元件6位于外管5内，液位检测电极1、测温元件6、外管5和参考电极2一端的连接有输出引线，液位检测电极1的输出引线7、测温元件6的输出引线8、外管5的输出引线9和参考电极2的输出引线10依次穿过电极支架4、引线套11后分别与测量转换单元3的各输入端口连接，液位检测电极1的上部暴露在外部，液位检测电极1的下部套有绝缘套I 14，液位检测电极1为金属棒，在液位检测电极1上套有的绝缘套I 14为橡胶、塑料或四氟乙烯，液位检测电极1上部的长度大于液位检测电极1下部的长度，参考电极2的上部套有绝缘套II 15，参考电极2为金属棒，在参考电极2上部套有的绝缘套II 15为橡胶、塑料或四氟乙烯，参考电极2的下部暴露在外部，参考电极2上部的长度大于参考电极2下部的长度，液位检测电极1上部裸露部分的长度与参考电极2上部的绝缘套II 15的长度相同，液位检测电极1下部的绝缘套I 14长度与参考电极2下部裸露部分长度相同，电极支架4下方设有限位保护电极16，限位保护电极16的一端嵌入电极支架4内，限位保护电极16的输出引线12依次穿过电极支架4和引线套11与测量转换单元3的输入端口连接，测量转换单元3将液位检测电极1和公共电极间的液体阻抗Z₁、公共电极和参考电极间的液体阻抗Z₂，两者通过AD采集信号给MCU计算或同、反相比例放大器的运算电路等方式相除，将液位变化转化为相应线性变化的信号输出。

Claims (6)

1.一种基于液体阻抗测量液位的传感器，其特征是它包括液位检测电极(1)、公共电极、参考电极(2)和测量转换单元(3)，液位检测电极(1)、公共电极、参考电极(2)相互平行，液位检测电极(1)、公共电极、参考电极(2)的一端设有绝缘底座(13)，液位检测电极(1)、公共电极、参考电极(2)嵌入绝缘底座(13)内，在液位检测电极(1)、公共电极、参考电极(2)的另一端设有电极支架(4)，液位检测电极(1)、公共电极、参考电极(2)都穿入电极支架(4)内，公共电极包括外管(5)和测温元件(6)，测温元件(6)位于外管(5)内，液位检测电极(1)、测温元件(6)、外管(5)和参考电极(2)一端的连接有输出引线，液位检测电极(1)的输出引线(7)、测温元件(6)的输出引线(8)、外管(5)的输出引线(9)和参考电极(2)的输出引线(10)依次穿过电极支架(4)、引线套(11)后分别与测量转换单元(3)的各输入端口连接，液位检测电极(1)的上部暴露在外部，液位检测电极(1)的下部套有绝缘套I(14)，液位检测电极(1)上部的长度大于液位检测电极(1)下部的长度，参考电极(2)的上部套有绝缘套II(15)，参考电极(2)的下部暴露在外部，参考电极(2)上部的长度大于参考电极(2)下部的长度，液位检测电极(1)上部裸露部分的长度与参考电极(2)上部的绝缘套II(15)的长度相同，液位检测电极(1)下部的绝缘套I(14)长度与参考电极(2)下部裸露部分长度相同。

2.根据权利要求1所述的基于液体阻抗测量液位的传感器，其特征是所述的液位检测电极(1)为金属棒，在液位检测电极(1)上套有的绝缘套I(14)为橡胶、塑料或四氟乙烯。

3.根据权利要求1所述的基于液体阻抗测量液位的传感器，其特征是所述的公共电极的外管(5)为金属管，测温元件(6)为热敏电阻。

4.根据权利要求1所述的基于液体阻抗测量液位的传感器，其特征是所述的参考电极(2)为金属棒，在参考电极(2)上部套有的绝缘套II(15)为橡胶、塑料或四氟乙烯。 

5.根据权利要求1所述的基于液体阻抗测量液位的传感器，其特征是所述的绝缘底座(13)为橡胶、塑料或四氟乙烯。

6.根据权利要求1所述的基于液体阻抗测量液位的传感器，其特征是所述的电极支架(4)下方设有限位保护电极(16)，限位保护电极(16)的一端嵌入电极支架(4)内，限位保护电极(16)的输出引线(12)依次穿过电极支架(4)和引线套(11)与测量转换单元(3)的输入端口连接。 

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