[发明专利]一种基于阻抗测量的液位线性测量方法

说明书

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。