CN207976198U - 一种电容式液位检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种电容式液位检测装置，包括液位探针、通过输入/输出端口与液位探针连接的微处理器；液位探针浸入待测液体时，检测待测液体的当前电容值；微处理器包括交互模块、设置模块、判断模块、显示模块；交互模块，获取用户输入的一待测液体的液体种类；设置模块，根据液体种类，查询待测液体的相对电容率，设置待测液体的电容阈值；判断模块，获取待测液体的当前电容值，与电容阈值进行比较；显示模块，显示待测液体的检测结果。通过上述设置，根据不同液体实时设置液位检测装置的阈值，使得一个液位检测装置检测多种液体，降低了设备成本，提高了液位探测的准确度，对一个液位检测装置检测多种液体有很大的现实意义。
Description
技术领域
本实用新型涉及检测装置领域，尤其涉及一种电容式液位检测装置。
背景技术
在医疗、工业或消费者应用中，包括液体和气体的流体通常都存储在容器中。例如在医疗领域，医疗机构在进行与患者诊断和治疗相关的各种类型的测试与检测中，需要采集人体或动物患者的生物样本，如尿液、血清、血浆、脑脊液等类似物进行检测分析。相似地，在工业领域，流体诸如石化气体和液体、化学气体和液体以及药物混合物或化合物通常存储在容器内。在关于制造这种气体和液体的很多工艺中，必须测量这种气体和液体的水平。又如，在消费者领域，在洗碗机、洗衣机、热水器、和油箱中保持液位。
液位传感器(静压液位计/液位变送器/液位传感器/水位传感器等)是一种测量液位的压力传感器。液位传感器分为两类：一类为接触式，包括单法兰静压/双法兰差压液位变送器，浮球式液位变送器，磁性液位变送器，投入式液位变送器，电动内浮球液位变送器，电动浮筒液位变送器，电容式液位变送器，磁致伸缩液位变送器，伺服液位变送器等。第二类为非接触式，分为超声波液位变送器，雷达液位变送器等。
现有技术中，使用电容式液位传感器测量液位的传统做法是在液位传感器内设定一个固定阈值，在读取了被测液体电容值后，与该固定阈值进行比较，从而判断液体的有无。但这种方法对只需检测同一种液体的场合准确率比较高。但若是需检测多种液体，在检测设备进行液面探测时，对于不同的液体，相对电容率不一样，而液位传感器的阈值固定，则液位传感器对一种液体检测灵敏，对另外一种液体则不再有效。在阈值单一的情况下很难做到同一个液位传感器对不同液体均有效可靠。从而导致多种液体一种液位传感器下液位探测准确率大大降低。除非增加液位传感器的数量，每种液体对应一个液位传感器，这样会增加设备的成本和复杂程度。
因此，本实用新型提供了一种电容式液位检测装置，根据不同液体实时设置液位检测装置的阈值，使得一个液位检测装置检测多种液体，不需增加液位检测装置的数量，在不增加制造成本、不提高制造难度的基础上，保证液位探测的准确度。
发明内容
为了克服上述技术缺陷，本实用新型的目的在于提供一种电容式液位检测装置。
本实用新型公开了一种电容式液位检测装置，所述液位检测装置包括：液位探针、通过输入/输出端口与所述液位探针通信连接的微处理器；
所述液位探针浸入所述待测液体时，检测所述待测液体的当前电容值；
所述微处理器包括交互模块、设置模块、判断模块、显示模块；
所述交互模块，获取用户输入的一待测液体的液体种类；
所述设置模块，与所述交互模块通信连接，根据所述待测液体的液体种类，查询所述待测液体的相对电容率，设置所述待测液体的电容阈值；
所述判断模块，与所述设置模块、所述液位探针通信连接，获取所述待测液体的当前电容值，与所述电容阈值进行比较；
所述显示模块，与所述判断模块通信连接，根据所述当前电容值与所述电容阈值的比较结果，显示所述待测液体的检测结果。
优选地，所述液位探针，检测所述待测液体的当前电容值，确定所述待测液体的电容变化值，从而确定所述待测液体的液位。
优选地，所述显示模块，与所述液位探针通信连接，显示所述待测液体的液位。
优选地，所述微处理器还包括：复位模块；
所述复位模块，与所述显示模块、设置模块通信连接，在所述待测液体检测完成后，将所述待测液体的电容阈值归零。
优选地，所述液位探针包括一金属感应片，所述微处理器对所述金属感应片充放电并检测所述金属感应片的感应电容。
优选地，所述金属感应片密封有一绝缘外壳。
采用了上述技术方案后，与现有技术相比，具有以下有益效果：
1.本实用新型提供的电容式液位检测装置，根据不同液体实时设置液位检测装置的阈值，使得一个液位检测装置检测多种液体，不需增加液位检测装置的数量，在不增加制造成本、不提高制造难度的基础上，保证液位探测的准确度。
附图说明
图1为符合本实用新型一优选实施例的液位检测装置的结构示意图。
附图标记：
100-液位检测装置；
11-液位探针；
12-微处理器；
121-交互模块；
122-设置模块；
123-判断模块；
124-显示模块；
125-复位模块。
具体实施方式
以下结合附图与具体实施例进一步阐述本实用新型的优点。
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一”、“所述”、“该”等也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
在本实用新型的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“连接”等应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
参考图1，本实用新型提供了一种电容式液位检测装置100，液位检测装置100包括：液位探针11、通过输入/输出端口与液位探针11通信连接的微处理器12；
液位探针11浸入待测液体时，检测待测液体的当前电容值；
微处理器12包括交互模块121、设置模块122、判断模块123、显示模块124；
交互模块121，获取用户输入的一待测液体的液体种类；
设置模块122，与交互模块121通信连接，根据待测液体的液体种类，查询待测液体的相对电容率，设置待测液体的电容阈值；
判断模块123，与设置模块122、液位探针11通信连接，获取待测液体的当前电容值，与电容阈值进行比较；
显示模块124，与判断模块123通信连接，根据当前电容值与电容阈值的比较结果，显示待测液体的检测结果。
本实用新型中，液位检测装置100包括液位探针11，以及通过输入/输出端口与液位探针11通信连接的微处理器12。
-液位探针11
在一优选实施例中，液位探针11包括一金属感应片，所述微处理器12对所述金属感应片充放电并检测所述金属感应片的感应电容。
进一步地，所述金属感应片密封有一绝缘外壳。
本实用新型中，液位探针11设有液位传感器，在浸入待测液体时，可以检测待测液体的当前电容值。液位探针11具有感应电极，感应电极为一金属片，其设有密封很薄的绝缘外壳。金属片和绝缘外壳都放置在盛装液体的容积、管道或者器皿。
-微处理器12
在液位检测装置100内设有高性能的实时微处理器12，采用CAN通讯方式，能够将测得的电容变化值根据用户设定的跳变阈值转化为相应的电平值，并通过LED和相应的开漏极端口输出。
微处理器12包括交互模块121、设置模块122、判断模块123、显示模块124等；其中，交互模块121，获取用户输入的一待测液体的液体种类，如用户输入待测液体为液体A；设置模块122，与交互模块121通信连接，根据用户输入的待测液体的液体种类A，查询待测液体的相对电容率εA，设置待测液体的电容阈值TA；判断模块123，与设置模块122、液位探针11通信连接，在液位探针11检测待测液体的当前电容值T后，获取待测液体的当前电容值T，与电容阈值TA进行比较；显示模块124，与判断模块123通信连接，根据当前电容值T与电容阈值TA的比较结果，显示待测液体的检测结果，判断待测液体的有无。
在一优选实施例中，液位探针11检测待测液体的当前电容值的同时，计算得到待测液体的电容变化值，从而确定待测液体的液位。
进一步地，显示模块124，与液位探针11通信连接，在显示待测液体的检测结果的同时，显示检测得到的待测液体的液位。
在一优选实施例中，微处理器12进一步包括复位模块125，复位模块125与显示模块124、设置模块122通信连接，在待测液体检测完成后，将待测液体的电容阈值归零。以便对其他待测液体，如液体B、C进行测量。
根据本实用新型的电容式液位检测装置进行液位测量的方法包括以下步骤：
S100：获取用户输入的一待测液体的液体种类；
S200：根据所述待测液体的液体种类，查询所述待测液体的相对电容率，设置所述待测液体的电容阈值；
S300：将电容式液位检测装置的液位探针浸入待测液体，检测获取所述待测液体的当前电容值；
S400：将得到的所述待测液体的当前电容值与所述电容阈值进行比较；
S500：根据所述当前电容值与所述电容阈值的比较结果，显示所述待测液体的检测结果。
在一优选实施例中，S300：将电容式液位检测装置的液位探针浸入待测液体，检测获取所述待测液体的当前电容值的步骤包括：
S310：将电容式液位检测装置的液位探针浸入待测液体，检测获取所述待测液体的当前电容值；
S320：所述液位探针检测所述待测液体的当前电容值，确定所述待测液体的电容变化值，从而确定所述待测液体的液位。
进一步地，S500：根据所述当前电容值与所述电容阈值的比较结果，显示所述待测液体的检测结果的步骤还包括：显示所述待测液体的液位。
在一优选实施例中，所述测量方法还包括以下步骤：
S600：在所述待测液体检测完成后，将所述待测液体的电容阈值归零。
电容式传感器利用了非电量的变化转化为电容量的变化来实现对物理量的测量。电容式传感器广泛用于位移、振动、角度、加速度等机械量的精密测量，并正逐步扩大到压力、差压、液面(料位)、成分含量等方面的测量。电容式传感器具有以下几个特点：1)机构简单，体积小，分辨力高；2)可实非接触式测量；3)动态效应好。电容式传感器的固有频率很高，因此动态效应时间短，且其介质耗损小，可使用较高的工作频率，可用于测量高速变化的参数；4)温度稳定性好。它本身发热量极小；5)能在高温、辐射和强振动等恶劣条件下工作6)电容量小，功率小，输出阻抗高，因此，负载能力差，易受外界抗干扰产生不稳定现象。
电容式传感器是把被测的非电量转换为自身电容量变化的一种传感器。这些测量是用于改变组成电容器的可变参数而实现其转换的。电容式传感器的基本工作原理可以用最普通的平行极板电容器来说明。两块相互平行的金属极板，当不考虑其边缘效应(两个极板边缘处的电力线分布不均匀引起电容量的变化)时，其电容量为：
其中，ε为电容极板间的介电常数；A为两平行板所覆盖的面积；d为两两平行板之间的距离。
因此只要改变其中的一个参数，就会引起电容量的变化，根据这一电容结构关系可构成变极距电容传感器，变面积型电容传感器和变介质型传感器、用于测量液位的电容式传感器。是利用容器中的物料为恒定的介电常数时，极间电容正比于液位的原理而构成的，并应用电子学方法测量电容值，从而探测液面位置信息。特点是液位测量只与电容结构有关，与物料的密度无关根据这一特点，可采用圆筒形结构构成变面积型的液位传感器，这种传感器结构的探头是由这两个电极极板构成，通过气、液或料相介质的高度不同引起极间电容改变来探测物面位置的。其结构十分简单轻巧，便于安装、维护与使用。
导电液体电容式传感器主要利用传感器两电极的覆盖面积随被测液体液位的变化而变化，从而引起电容量变化的关系进行液位测量，属于面积变化型电容传感器。设导电容器直径为D，中央电极直径为d，上部空气的介电常数为ε1，下部液体的介电常数为ε2，电极总长为H0，浸没在液体中的长度为H1，则根据同心圆筒状电容的公式可写出空气部分的电容数学模型为：
液体部分的电容为：
忽略杂散电容及端部的边界效应后，两级间的总电容为
其中，C0为初始电容，液体为零时测出的电容；K为传感器灵敏度。
电极包有绝缘层后，若与容器同心安装，则设电极绝缘层的直径为D1，容器直径为D，电极直径为d，电极绝缘层电介质的介电常数为ε1，液体电介质的介电常数为ε2，空气电介质的介电常数为ε3。等效电路中的C1表示与液位无关的杂散电容，C2表示空气部分的电极绝缘层为电介质的电容，其值为：
C3表示在空气介质的电介质的电容，其值为：
C4表示液体中电极绝缘层为电介质的电容，其值为：
C5表示被测液体为电介质的电容，其值为：
C2表与C3是串联关系，C4与C5也是串联关系，将这两个串联电路又与C1并联，故得：
对于确定的介质而言，式中的C0为前两项的常数和，可以看作不变的初始电容，而第三项可看作是灵敏度K1与H1之积，当容器中的液体为导电介质时，C5＝0，则
以上分析可得，测量两种液体间的界位时，若均为不导电液体，采用裸露电极。若其中有一种为导电液体，就必须用包绝缘层的电极，其灵敏度与两种介电常数的差成正比，因此，当两种液体的密度相同，而介电常数相差很大时，采用电容法则更有价值。具有粘性的导电介质的液体即使采用绝缘层的电极，会产生挂料现象，使测量误差较大，不能得到满意的真实液位的测量结果。
电容液位计的灵敏度主要取决于两种介电常数的差值，而且，只有的恒定才能保证液位测量准确，因被测介质具有导电性，所以金属棒电极都有绝缘层覆盖。
电容式液位传感器电容值以及电容变化值都十分微小，电容传感器的电容值一般为pF级，为了测量如此小的电容，必须借助专门设计的测量电路检出这一微小电容增量，将这检测出的电容值的变化转换为正比于电容值的频率、电压或电流的变化，本实用新型的实施例中可以采用将其转化为电压值的变化。
根据测量要求、测量对象等不同，所采用的测量电路也有所不同，通常有环形二极管电路、调频电路、运算放大器式电路、二极管双型交流电桥、脉宽调制电路等几种。
应当注意的是，本实用新型的实施例有较佳的实施性，且并非对本实用新型作任何形式的限制，任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例，但凡未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何修改或等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。
Claims (6)
1.一种电容式液位检测装置，其特征在于，
所述液位检测装置包括：液位探针、通过输入/输出端口与所述液位探针通信连接的微处理器；
所述液位探针浸入待测液体时，检测所述待测液体的当前电容值；
所述微处理器包括交互模块、设置模块、判断模块、显示模块；
所述交互模块，获取用户输入的一待测液体的液体种类；
所述设置模块，与所述交互模块通信连接，根据所述待测液体的液体种类，查询所述待测液体的相对电容率，设置所述待测液体的电容阈值；
所述判断模块，与所述设置模块、所述液位探针通信连接，获取所述待测液体的当前电容值，与所述电容阈值进行比较；
所述显示模块，与所述判断模块通信连接，根据所述当前电容值与所述电容阈值的比较结果，显示所述待测液体的检测结果。
2.如权利要求1所述的液位检测装置，其特征在于，
所述液位探针，检测所述待测液体的当前电容值，确定所述待测液体的电容变化值，从而确定所述待测液体的液位。
3.如权利要求2所述的液位检测装置，其特征在于，
所述显示模块，与所述液位探针通信连接，显示所述待测液体的液位。
4.如权利要求1-3任一项所述的液位检测装置，其特征在于，
所述微处理器还包括：复位模块；
所述复位模块，与所述显示模块、设置模块通信连接，在所述待测液体检测完成后，将所述待测液体的电容阈值归零。
5.如权利要求1-3任一项所述的液位检测装置，其特征在于，
所述液位探针包括一金属感应片，所述微处理器对所述金属感应片充放电并检测所述金属感应片的感应电容。
6.如权利要求5所述的液位检测装置，其特征在于，所述金属感应片密封有一绝缘外壳。
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