专利名称：一种基于阻抗测量的液位线性测量方法
技术领域：
本发 明涉及一种基于阻抗测量的液位线性测量方法。属于传感测量技术领域。
背景技术：
目前液位测量在日常生活和工业生产中得到了广泛的应用，如水箱和水塔中的水位，下管道管网和化工等工业生产液体反应池中的液位以及，机动车油箱油量的液位测量。 但是现在的液位测量有以下几种(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，得到水位，这种方法成本较高，且需要安装环境较宽敞；(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水位，这种方法对水质要求较高，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水位，这种方法属于机械测量方法，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，进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，这种方法结构简单， 成本低廉，目前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
本发明提供了一种基于阻抗测量的液位线性测量方法，它不但成本低廉、性能可靠、准确度高，实现水位线性连续测量，而且提高水位传感器的适应性和使用寿命，增强实用性，同时在实现高适应性和高寿命的同时，尽可能少的增加工艺复杂度和制造成本，且易于安装使用。本发明采用了以下技术方案一种基于阻抗测量的液位线性测量方法，它包括以下步骤用测量电极测量液体阻抗，并引入一组参考电极，利用液体阻抗与平行或同轴的测量电极浸入液体的深度呈反比的关系，通过参考电极测得的阻抗与测量电极测得的液体阻抗相除，一方面得到最终的测量电极输出的液体阻抗与液体的液体深度相关，与液体的成分无关，另一方面，即原先测得液体阻抗与测量电极浸入的液体深度的倒数数学关系转换为测量电极浸入液体深度和最终输出信号间的线性关系，此线性关系为输出信号大小与液位线性相关而与液体成分和性状无关。所述的参考电极测得的阻抗与测量电极测得的液体阻抗相除的数学运算采用同、反相放大器或经过AD采集后通过MCU、DSP数字芯片进行计算。所述的为了达到液体阻抗精确测量的目的，对测量电极需施加施加交流激励信号。本发明具有以下有益效果本发明是基于液体阻抗测量的线性液位测量方法具有对环境变化的高适应性，受泥沙，水垢，高矿物含量，温度变化、杂质含量等水质变化的适应性好，在不同水质下测量结果影响很�。涤贸潭雀撸阅苡帕迹褂檬倜�。本发明的成本低，实现水位的线性测量，测量精度较高，具有广阔市场前景。本发明消除由于液体成分、杂质浓度、温度、体积分布对测量结果的影响，解决了实际应用中由于水体杂质、温度变化引起液体阻抗变化而无法测量的难题。这一问题在太阳能热水器、、电热水器、水塔、楼宇水箱等水质成分不稳定的应用中有重要的实用价值。本发明的测量电极的输出信号大小与液位线性相关而与液体成分和性状无关，大大简化了输出信号采集、转换、处理、表达的难度，简化了对电极制作工艺的要求和输出信号处理的难度，进一步降低了系统的复杂度和制造成本，保证了不同成分液体测量结果的一致性。本发明将输出结果由原先的倒数关系转换成线性比例关系，简化了后端运算处理复杂度，提高了测量精度。本发明对测量电极需施加施加交流激励信号(包括一定频率的正弦交流信号，直流分量为零的方波、三角波、锯齿波等信号。在不严格要求的情况下，含有一定直流分量的正弦、方波、三角波、锯齿波信号也可以进行测量)，以消除液体电离产生的电平漂移，带来测量失准的问题；并避免施加直流电场造成液体中的离子定向运动，明显加速电极的腐蚀，及在含矿物离子的液体中造成加速结垢；同时可以由交流信号测量液体阻抗的电容分量，从而实现对油料等不良导体的液位测量。本发明从物理模型和原理上讲，是对电极周围液体的分布阻抗进行测量，因此表面结垢对测量结果的影响十分轻微，不影响其实用性，具有较强的抗水垢能力，提高了传感器使用寿命。本发明的连续水位测量传感器能够在电极表面水垢全覆盖的情况下正常工作，其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，符合当今世界环保、节能和低碳的可持续发展趋势。 本发明的测量技术对工艺要求较低，具有机械结构简单，利于大规模生产和成本的控制的优点，具有较强的市场竞争力。测量技术的核心通过运算电路和算法实现，有利于技术的集成化、数字化和IC封装，也符合当今科技的信息化潮流。
图1为同轴的测量电极测量的示意2为平行的测量电极测量的示意3融合了测量电极和参考电极的线性液位传感器探头结构示意4传感器探头及处理电路连线示意图
具体实施例方式本发明公开了一种基于阻抗测量的液位线性测量方法，它包括以下步骤用测量电极测量液体阻抗，并引入一组参考电极，利用液体阻抗与平行或同轴的测量电极浸入液体的深度呈反比的关系，通过参考电极测得的阻抗与测量电极测得的液体阻抗相除，参考电极测得的阻抗与测量电极测得的液体阻抗相除的数学运算采用同、反相放大器或经过AD 采集后通过MCU、DSP数字芯片进行计算，一方面得到最终的测量电极输出的液体阻抗与液体的液体深度相关，与液体的成分无关，另一方面，即原先测得液体阻抗与测量电极浸入的液体深度的倒数数学关系转换为测量电极浸入液体深度和最终输出信号间的线性关系，此线性关系为输出信号大小与液位线性相关而与液体成分和性状无关，为了达到液体阻抗精确测量的目的，对测量电极需施加施加交流激励信号。下面通过实施例进一步说明1.建立液体阻抗测量值与液位间的数学关系本发明是基于液体的阻抗模型。我们首先根据实验的结果对液体的阻抗分布进行建模。以纯水的电阻测量为例，在平行板电导池两电极板间充满纯水，两电极板有效距离为 L (cm)，空间截面积为A (cm2)，某温度下水的电阻率P ( Ω · cm)根据理论分析和实际测量，则两电极间水的电阻符合以下表达式
权利要求
1.一种基于阻抗测量的液位线性测量方法，它包括以下步骤用测量电极测量液体阻抗，并引入一组参考电极，利用液体阻抗与平行或同轴的测量电极浸入液体的深度呈反比的关系，通过参考电极测得的阻抗与测量电极测得的液体阻抗相除，一方面得到最终的测量电极输出的液体阻抗与液体的液体深度相关，与液体的成分无关，另一方面，即原先测得液体阻抗与测量电极浸入的液体深度的倒数数学关系转换为测量电极浸入液体深度和最终输出信号间的线性关系，此线性关系为输出信号大小与液位线性相关而与液体成分和性状无关。
2.根据权利要求1所述的基于阻抗测量的液位线性测量方法，其特征是所述的参考电极测得的阻抗与测量电极测得的液体阻抗相除的数学运算采用同、反相放大器或经过AD 采集后通过MCU、DSP数字芯片进行计算。
3.根据权利要求1所述的基于阻抗测量的液位线性测量方法，其特征是所述的为了达到液体阻抗精确测量的目的，对测量电极需施加施加交流激励信号。
全文摘要
本发明公开了一种基于阻抗测量的液位线性测量方法，它包括以下步骤用测量电极测量液体阻抗，并引入一组参考电极，利用液体阻抗与平行或同轴的测量电极浸入液体的深度呈反比的关系，通过参考电极测得的阻抗与测量电极测得的液体阻抗相除，一方面得到最终的测量电极输出的液体阻抗与液体的液体深度相关，与液体的成分无关，另一方面，即原先测得液体阻抗与测量电极浸入的液体深度的倒数数学关系转换为测量电极浸入液体深度和最终输出信号间的线性关系，此线性关系为输出信号大小与液位线性相关而与液体成分和性状无关。
文档编号G01F23/24GK102200463SQ201110070259
公开日2011年9月28日 申请日期2011年3月23日 优先权日2011年3月23日
发明者钱砾 申请人:泰州市瑞芝电子有限公司, 钱砾
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