CN206002169U - 一种电耦合测量液体容量的检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电耦合测量液体容量的检测装置，包括检测容器和检测电路，所述检测容器包括绝缘容器本体，所述绝缘容器本体的外侧面包覆铜箔，所述检测容器底部设置有一探针，所述检测电路包括液体容量检测模块、TDS检测模块、温度检测模块和主控模块。本实用新型提供的电耦合测量液体容量的检测装置装配简单，成本较低；测量精度较高，对测量环境适应性好；抗干扰性能好；功耗低；可以广泛适应各种使用场景，即使容器倾斜，也能实现准确测量。

Description

一种电耦合测量液体容量的检测装置

技术领域

本实用新型涉及一种容量的检测装置，具体涉及一种电耦合测量液体容量的检测装置，属于电子检测设备领域。

背景技术

目前，现有技术中，测量容器中液体容量的方法主要有容器外壁标示刻度法和压力变化测试法。利用容器外壁标示刻度法测量液体容量时，容器的外壁需标示刻度，操作者通过肉眼直接对比观察。此方法存在的缺陷是：容器外壁必须透明；受操作者主观因素影响较大，不容易保证测量结果的精度。利用压力变化测试法测量液体容量时，当容器内液体重量变化时，必然产生压力的变化，通过设置压力传感器感知上述压力的变化，并将这种压力变化换算为液体容量。此方法存在的缺陷是：压力传感器成本较高，装配困难，尤其是装配空间狭小时；测量精度较差，容器需要水平摆放，误测几率较高；压力传感器需要与液体直接接触，容易污染液体，其测试精度也易受液体温度及种类的影响。此外，测量误差较大；易受环境影响和静电干扰；当容器倾斜时，容器外壁标示刻度法和压力变化测试法均无法进行准确测量。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提供的电耦合测量液体容量的检测装置装配简单，成本较低；测量精度较高，对测量环境适应性好；抗干扰性能好；功耗低；可以广泛适应各种使用场景，即使容器倾斜，也能实现准确测量。

本实用新型的技术方案如下：

一种电耦合测量液体容量的检测装置，包括检测容器和检测电路，所述检测容器包括绝缘容器本体，所述绝缘容器本体的外侧面包覆铜箔，所述检测容器底部设置有一探针，所述检测电路包括液体容量检测模块、TDS检测模块、温度检测模块和主控模块；所述液体容量检测模块接收探针发送的探针与铜箔之间的电压值Ut并向主控模块发送，所述TDS检测模块接收探针发送的液体的TDS值并向主控模块发送，所述温度检测模块接收液体的温度值T并向主控模块发送，所述主控模块分别接收液体容量检测模块发送的电压值Ut，TDS检测模块发送的液体的TDS值以及温度检测模块的液体的温度值T并输出液体容量值。

其中， 所述液体容量检测模块包括接线端子J1、MOS管Q1、MOS管Q2、电阻R1和电阻R7；所述铜箔与接线端子J1的端口2连接，所述探针与接线端子J1的端口1连接，MOS管Q1的漏极与电源正极连接，MOS管Q1的栅极与电阻R1一端连接，电阻R1的另一端与主控模块的脉冲信号输出端连接，MOS管Q1的源极与接线端子J1的端口1连接，MOS管Q2漏极与接线端子J1的端口1连接，MOS管Q2的栅极与MOS管Q1的栅极连接，MOS管Q2的源极接地，电阻R7一端与接线端子J1的端口2连接，电阻R7另一端接地。

其中，所述TDS检测模块包括旁路电容C2、旁路电容C3、旁路电容C4、集成运算放大器LM321、第一采样端子J2、第二采样端子J3、电阻R2、电阻R3和电阻R8；旁路电容C2一端与电源正极连接，旁路电容C2另一端接地，旁路电容C3一端与集成运算放大器LM321的同相信号输入端连接，旁路电容C3的另一端接地，电阻R3一端连接电源正极，电阻R3另一端与电阻R2连接，电阻R2的另一端接地，电阻R3与电阻R2之间与集成运算放大器LM321的反相输入端连接，第一采样端子J2与集成运算放大器LM321的同相信号输入端连接，第一采样端子J2与第二采样端子J3采集第一采样端子J2与第二采样端之间的电压值经由集成运算放大器LM321输出至主控模块的液体的TDS值采样输入端，电阻R8的一端与集成运算放大器LM321的同相信号输入端连接，电阻R8的另一端接地，第二采样端子J3与电源正极连接，集成运算放大器LM321输出端与旁路电容C4连接，旁路电容C4的另一端接地。

其中，所述温度检测模块包括数字温度传感器DS18B20和电阻R5；数字温度传感器DS18B20的数据信号输出端与电阻R5一端连接，电阻R5的另一端与电源正极连接，数字温度传感器DS18B20的数据信号输出端与主控模块的温度采样端连接。

其中，所述主控模块包括单片机MCU-51、电容C1、电阻R6和下载端口J5；电容C1正极与电源正极连接，电容C1负极串联电阻R6后接地，电容C1和电阻R6之间的公共结点与单片机MCU-51的复位端口连接，接线端子J1的端口1与单片机MCU-51的电压Ut采样输入端连接，单片机MCU-51的脉冲信号输出端向所述液体容量检测模块输出检测方波信号，单片机MCU-51的电压Ut采样输入端接收接线端子J1的端口1处电压值，集成运算放大器LM321的信号输出端与单片机MCU-51的液体的TDS值采样输入端连接；单片机MCU-51的数据收发端与下载端口J5连接。

本实用新型具有如下有益效果：

1、本实用新型装配简单，成本较低；抗干扰性能好；功耗低。

2、本实用新型测量精度较高，对测量环境适应性好。

3、本实用新型可以广泛适应各种使用场景，即使容器倾斜，也能实现准确测量。

附图说明

图1为本实用新型的检测电路的电路图；

图2为本实用新型电耦合测量液体容量的检测装置的结构示意图；

图3为本实用新型的检测电路的工作原理图；

图中附图标记表示为：

1-检测容器、2-检测电路、11-绝缘容器本体、12-铜箔、13-探针。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例来对本实用新型进行详细的说明。

参照图2，一种电耦合测量液体容量的检测装置，包括检测容器1和检测电路2，所述检测容器1包括绝缘容器本体11，所述绝缘容器本体11的外侧面包覆铜箔12，所述检测容器1底部设置有一探针13，参照图1，所述检测电路2包括液体容量检测模块、TDS检测模块、温度检测模块和主控模块；所述液体容量检测模块接收探针13发送的探针13与铜箔12之间的电压值Ut并向主控模块发送，所述TDS检测模块检测液体的TDS值并向主控模块发送，所述温度检测模块接收液体的温度值T并向主控模块发送，所述主控模块分别接收液体容量检测模块发送的电压值Ut，TDS检测模块发送的液体的TDS值以及温度检测模块的液体的温度值T并输出液体容量值。

优选的，所述液体容量检测模块包括接线端子J1、MOS管Q1、MOS管Q2、电阻R1和电阻R7；所述铜箔12与接线端子J1的端口2连接，所述探针13与接线端子J1的端口1连接，MOS管Q1的漏极与电源正极连接，MOS管Q1的栅极与电阻R1一端连接，电阻R1的另一端与主控模块的脉冲信号输出端连接，MOS管Q1的源极与接线端子J1的端口1连接，MOS管Q2漏极与接线端子J1的端口1连接，MOS管Q2的栅极与MOS管Q1的栅极连接，MOS管Q2的源极接地，电阻R7一端与接线端子J1的端口2连接，电阻R7另一端接地。

优选的，所述TDS检测模块包括旁路电容C2、旁路电容C3、旁路电容C4、集成运算放大器LM321、第一采样端子J2、第二采样端子J3、电阻R2、电阻R3和电阻R8；旁路电容C2一端与电源正极连接，旁路电容C2另一端接地，旁路电容C3一端与集成运算放大器LM321的同相信号输入端连接，旁路电容C3的另一端接地，电阻R3一端连接电源正极，电阻R3另一端与电阻R2连接，电阻R2的另一端接地，电阻R3与电阻R2之间与集成运算放大器LM321的反相输入端连接，第一采样端子J2与集成运算放大器LM321的同相信号输入端连接，第一采样端子J2与第二采样端子J3采集第一采样端子J2与第二采样端之间的电压值经由集成运算放大器LM321输出至主控模块的液体的TDS值采样输入端，电阻R8的一端与集成运算放大器LM321的同相信号输入端连接，电阻R8的另一端接地，第二采样端子J3与电源正极连接，集成运算放大器LM321输出端与旁路电容C4连接，旁路电容C4的另一端接地。

优选的，所述温度检测模块包括数字温度传感器DS18B20和电阻R5；数字温度传感器DS18B20的数据信号输出端与电阻R5一端连接，电阻R5的另一端与电源正极连接，数字温度传感器DS18B20的数据信号输出端与主控模块的温度采样端连接。

优选的，所述主控模块包括单片机MCU-51、电容C1、电阻R6和下载端口J5；电容C1正极与电源正极连接，电容C1负极串联电阻R6后接地，电容C1和电阻R6之间的公共结点与单片机MCU-51的复位端口连接，接线端子J1的端口1与单片机MCU-51的电压Ut采样输入端连接，单片机MCU-51的脉冲信号输出端向所述液体容量检测模块输出检测方波信号，单片机MCU-51的电压Ut采样输入端接收接线端子J1的端口1处电压值，集成运算放大器LM321的信号输出端与单片机MCU-51的液体的TDS值采样输入端连接；单片机MCU-51的数据收发端与下载端口J5连接。

优选的，所述单片机MCU-51采用的型号为STC12C5204AD。

本实用新型的工作原理如下：

如图3所示，所述液体容量检测模块接收探针（13）发送的探针（13）与铜箔（12）之间的电压值Ut并向主控模块发送，所述TDS检测模块接收第一采样端子J2、第二采样端子J3采集第一采样端子与第二采样端子之间的电压值，并向主控模块发送液体的TDS值，所述温度检测模块检测液体的温度值T并向主控模块发送，所述主控模块分别接收液体容量检测模块发送的电压值Ut和所述时间差t，TDS检测模块发送的液体的TDS值以及温度检测模块的液体的温度值T并输出液体容量值。

将探针（13）与铜箔（12）接入液体容量检测模块的接线端子J1，由单片机MCU-51端口驱动电路产生固定频率的方波信号向脉冲信号输出端PWS输出，（该固定频率以容器内最大容量为准，380ml±50ml的测试频率为10KHz）并激励液体容量检测模块的MOS管Q1的栅极，单片机MCU-51采样输入端连接液体容量检测模块的接线端子J1的端口1，单片机MCU-51采样输入端ADC监测接线端子J1的端口1输出的电压值Ut从0V至最大电压值5V时单片机输出脉冲个数，通过脉冲个数计算出从0V至最大电压5V所需的时间差t，由RC电容串联充/放电原理式计算出液体容量检测模块的电参数C：

C = t/(R*ln(U/Ut))

其中R为电路中电阻R7的阻值，ln为以e为底数的对数，U为电源电压值5V，Ut为单片机从液体容量检测模块的接线端子J1的端口读取的探针（13）与铜箔（12）之间的电压值。计算出液体容量检测模块参数C后，由单片机MCU-51得出对应的液体容量值。由于电信号值与液体的温度值和液体的TDS值（液体电导率浓度）有关联，因此为了避免液体温度及液体的TDS值的干扰，在测量过程中必须加入温度值和液体的TDS值进行修正，从而得出容器内液体实际体积，由实测温度值以及液体的TDS值通过MATLAB线性拟合后得出的修正关系式，经由温度监测模块向主控模块输出实测温度值，经由TDS监测模块向主控模块输出液体的TDS值：

Cx=x(1)+x(2)*sin(2)+ TDS *cos(T)+ TDS *sin(TDS)^3；

其中x(n)为实测介电系数ε，TDS为液体电导率浓度的实测试值，T为液体温度值,Cx为修正后的电参数值；最后，根据修正后的电参数值Cx换算出液体容量。换算出的液体容量可由单片机的数据收发端RXD/TXD经下载端子J5连接显示操作模块进行显示，所述显示操作模块可以为电子显示屏等。显示操作模块还可以连接单片机的复位端子RST进行复位操作。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种电耦合测量液体容量的检测装置，其特征在于：包括检测容器（1）和检测电路（2），所述检测容器包括绝缘容器本体（11），所述绝缘容器本体（11）的外侧面包覆铜箔（12），所述检测容器（1）底部设置有一探针（13），所述检测电路（2）包括液体容量检测模块、TDS检测模块、温度检测模块和主控模块；所述液体容量检测模块接收探针（13）发送的探针（13）与铜箔（12）之间的电压值Ut并向主控模块发送，所述TDS检测模块检测液体的TDS值并向主控模块发送，所述温度检测模块检测液体的温度值T并向主控模块发送，所述主控模块分别接收液体容量检测模块发送的电压值Ut，TDS检测模块发送的液体的TDS值以及温度检测模块的液体的温度值T并输出液体容量值。

2.根据权利要求1所述的一种电耦合测量液体容量的检测装置，其特征在于： 所述液体容量检测模块包括接线端子J1、MOS管Q1、MOS管Q2、电阻R1和电阻R7；所述铜箔（12）与接线端子J1的端口2连接，所述探针（13）与接线端子J1的端口1连接，MOS管Q1的漏极与电源正极连接，MOS管Q1的栅极与电阻R1一端连接，电阻R1的另一端与主控模块的脉冲信号输出端连接，MOS管Q1的源极与接线端子J1的端口1连接，MOS管Q2漏极与接线端子J1的端口1连接，MOS管Q2的栅极与MOS管Q1的栅极连接，MOS管Q2的源极接地，电阻R7一端与接线端子J1的端口2连接，电阻R7另一端接地。

3.如权利要求2所述的一种电耦合测量液体容量的检测装置，其特征在于：所述TDS检测模块包括旁路电容C2、旁路电容C3、旁路电容C4、集成运算放大器LM321、第一采样端子J2、第二采样端子J3、电阻R2、电阻R3和电阻R8；旁路电容C2一端与电源正极连接，旁路电容C2另一端接地，旁路电容C3一端与集成运算放大器LM321的同相信号输入端连接，旁路电容C3的另一端接地，电阻R3一端连接电源正极，电阻R3另一端与电阻R2连接，电阻R2的另一端接地，电阻R3与电阻R2之间与集成运算放大器LM321的反相输入端连接，第一采样端子J2与集成运算放大器LM321的同相信号输入端连接，第一采样端子J2与第二采样端子J3采集第一采样端子J2与第二采样端之间的电压值经由集成运算放大器LM321输出至主控模块的液体的TDS值采样输入端，电阻R8的一端与集成运算放大器LM321的同相信号输入端连接，电阻R8的另一端接地，第二采样端子J3与电源正极连接，集成运算放大器LM321输出端与旁路电容C4连接，旁路电容C4的另一端接地。

4.如权利要求3所述的一种电耦合测量液体容量的检测装置，其特征在于：所述温度检测模块包括数字温度传感器DS18B20和电阻R5；数字温度传感器DS18B20的数据信号输出端与电阻R5一端连接，电阻R5的另一端与电源正极连接，数字温度传感器DS18B20的数据信号输出端与主控模块的温度采样端连接。

5.如权利要求4所述的一种电耦合测量液体容量的检测装置，其特征在于：所述主控模块包括单片机MCU-51、电容C1、电阻R6和下载端口J5；电容C1正极与电源正极连接，电容C1负极串联电阻R6后接地，电容C1和电阻R6之间的公共结点与单片机MCU-51的复位端口连接，接线端子J1的端口1与单片机MCU-51的电压Ut采样输入端连接，单片机MCU-51的脉冲信号输出端向所述液体容量检测模块输出检测方波信号，单片机MCU-51的电压Ut采样输入端接收接收接线端子J1的端口1处电压值，集成运算放大器LM321的信号输出端与单片机MCU-51的液体的TDS值采样输入端连接；单片机MCU-51的数据收发端与下载端口J5连接。