[发明专利]一种水位检测系统在审
申请号: | 201510836577.0 | 申请日: | 2015-11-26 |
公开(公告)号: | CN106802176A | 公开(公告)日: | 2017-06-06 |
发明(设计)人: | 蔡浩原;方东明;黄辉;曹天扬;刘昶 | 申请(专利权)人: | 中国科学院电子学研究所 |
主分类号: | G01F23/14 | 分类号: | G01F23/14 |
代理公司: | 中科专利商标代理有限责任公司11021 | 代理人: | 宋焰琴 |
地址: | 100190 *** | 国省代码: | 北京;11 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 水位 检测 系统 | ||
技术领域
本发明涉及传感技术领域,特别是一种水位检测系统。
背景技术
水位检测系统用于测量容器内的水位高度。例如洗衣机在注水时,可以通过水位检测系统来测定洗衣桶内的水位高度。目前普遍使用的洗衣机水位检测系统采用如图图1所示的结构。
参考图1,洗衣桶底部通过软管连接到水位传感器,构成一个连通器的结构。当洗衣桶内水位变化时,会引起水位传感器底部的气室内气压的变化,进而造成橡胶隔膜的上下移动,在橡胶隔膜上连接了一个磁芯圆柱体,磁芯圆柱体放置于一个电感线圈的中心。当该磁芯圆柱体在橡胶隔膜的牵引下上下移动时,电感线圈的电感量L发生变化,通过一个LC振荡频率电路检测谐振频率F的变化。水位高度H和谐振频率F有一个单调的函数关系,从而实现水位高度的检测。
但是现有技术中水位传感器存在以下技术缺陷:
1)个体差异大。每个传感器的水位高度H和谐振频率F的关系曲线都不相同,差异较大,导致测量得到的水位误差较大。
2)水位高度与谐振频率F呈非线性关系。在水位较高时,橡胶隔膜接近形变临界值,形变幅度减小,因此,水位越高,检测误差越大。
发明内容
有鉴于此,本发明提出了一种水位检测系统,以解决水位测量误差较大的问题。
本发明提出的一种水位检测系统,其包括:
待测水位容器,用于存储一定体积的液体;
导管,其一端与密闭气室连通,另一端与所述待测水位容器连通;
密闭气室,其进气孔与所述导管相连,该密闭气室的顶部与所述待测水位容器的顶部平齐;当待测水位容器中的水位发生改变时,密闭气室中的气压也会发生改变,通过测量密闭气室中气压的变化,能够推算出所述待测水位容器中液体的高度;
防水透气隔膜,位于导管与密闭气室的接口处,能够允许气体分子通过,阻止水分子透过,以保证密闭气室内的气压与导管内气压相等,但又起到防水的作用;
压力检测模块,置于密闭气室,用于测量所述密闭气室内的气压。
本发明提出的上述水位检测系统与现有技术方案相比,具有以下优点:
1)采用微机电系统(mems)批量化加工工艺制备而成的气压传感器对水压进行检测,解决了现有技术方案个体差异大,无法满足精度要求等缺点;
2)通过差压测量法,双传感器测量法和动态调零法等不同方法,消除了外部气压波动对于测量值的影响,能够获得更好的测量量程和线性度。
附图说明
图1为现有技术中洗衣机水位检测系统的二工作原理图;
图2为本发明实施例中水位传感器的简化模型示意图;
图3为本发明实施例中水位传感器的简化模型的理论计算结果示意图;
图4为本发明实施例中水位传感器的工作原理图;
图5为本发明第一实施例中水位传感器的差压测量方法示意图;
图6为本发明第二实施例中水位传感器的差压测量方法示意图;
图7为本发明第三实施例中水位传感器的绝压测量方法示意图;
图8绝对压力采集模块的系统框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,以下结合具体实施例,并参照附图,对本发明作进一步的详细说明。
本发明提出一种基于压力传感器的水位传感器,具有结构简单,测量线性好,一致性高等优点。
下面对本发明的技术方案做进一步详细描述。
水位检测可以抽象为图1所示的模型。其中,左边为待检测水位高度的待测容器,y为待测水位高度,右边为通过导管与所述待测容器联通的密闭气室,x为所述密闭气室中的水位高度,a是水位的基准平面,b是右侧腔室的水平面,d是右侧腔室的直径。右边密闭气室中的气压P1与大气压P0,水柱压强Pwater之间的关系如下式:
P1=P0+Pwater=P0+Rho*g*(y-x)(1)
其中,Rho为水的密度,g是重力加速度。通过计算可以得知,
其中h是右边密闭气室的高度,R是理想气体常数,v0是密闭气体体积。图3绘制了上述模型在水位高度y=0~0.5米范围内与P1的关系曲线图。
计算表明,在0~0.5米高度范围内,洗衣机水位y和密闭气室气压P1之间遵循良好的线性关系。说明可以通过测量P1来返算水位高度y。
基于此,本发明提出了一种水位检测系统。如图4所示,所述水位检测系统包括:
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