專(zhuān)利名稱(chēng)：水位測(cè)量裝置以及水位測(cè)量、校正方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及 一 種水位測(cè)量裝置及水位測(cè)量、校正方法。
背景技術(shù)：
儲(chǔ)水式家電產(chǎn)品，如太陽(yáng)能熱水器等，需要對(duì)水箱里的水溫和水 位進(jìn)行檢測(cè)和控制。這類(lèi)家電產(chǎn)品對(duì)水位檢測(cè)裝置的測(cè)量精度有比 較高的要求。
目前主要有兩種類(lèi)型的用于水位檢測(cè)的水位傳感器， 一種是電容 式液位傳感器，該種液位傳感器的金屬管與接線盒連接，其測(cè)量電 路采用交流橋式電路和起振等模擬電路。這種水位傳感器容易受導(dǎo) 線長(zhǎng)短和氣候的影響，使得信號(hào)質(zhì)量差、測(cè)量精度不高。
另一種是電阻式溫度液位測(cè)量裝置，這種傳感器只有少數(shù)幾個(gè)極 點(diǎn)，所以只能送出分段信號(hào)，不能獲得連續(xù)精確的水位值。
這兩種傳感器都要求水箱中的水帶電，這樣就使得傳感器表面容 易結(jié)垢，水垢容易引起各種故障。并且，水質(zhì)等環(huán)境因素會(huì)影響傳 感器的通用性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種水位測(cè)量裝置，利用該裝置、使 用包括該裝置的設(shè)備以及水位測(cè)量校正方法能夠減少環(huán)境因素的影 響，獲得連續(xù)精確的水位值。
本發(fā)明提供的水位測(cè)量裝置，包括電極部分和信號(hào)處理單元； 電極部分包括 一個(gè)接地的參考電極101, —個(gè)測(cè)量電極102和一個(gè) 校正電極103 ，所述參考電極101的長(zhǎng)度與測(cè)量電極102的長(zhǎng)度相等， 所述校正電極103的長(zhǎng)度小于參考電極101的長(zhǎng)度，三個(gè)電極中每一個(gè)的至少一端部相互平齊地相互固定；與電極部分電連接的信號(hào) 處理單元，用于向測(cè)量電才及102和校正電極103加載固定頻率信號(hào)， 并根據(jù)檢測(cè)到參考電極101與測(cè)量電極102之間的頻率衰減信號(hào)確 定水位值。
其中，所述信號(hào)處理單元包括檢測(cè)信號(hào)產(chǎn)生單元301,用于產(chǎn) 生加載于測(cè)量電極102、校正電極103的固定頻率信號(hào)；水位信號(hào)檢 測(cè)單元302,用于檢測(cè)測(cè)量電極102與參考電極101之間的頻率衰減 信號(hào)，并把該衰減信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；檢測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換單元304,用 于把接收到的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為水位值；所述檢測(cè)信號(hào)產(chǎn)生單元301 與測(cè)量電極102、校正電極103相連接，水位信號(hào)檢測(cè)單元302與測(cè) 量電極102、校正電極103和參考電極101相連接；檢測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換單 元304與水位信號(hào)檢測(cè)單元302連接。
其中，還包括控制單元，用于顯示信號(hào)處理單元得到的水位值， 以及根據(jù)所述水位值發(fā)出控制指令。
此外，所述控制單元包括檢測(cè)信號(hào)傳輸單元305和控制信號(hào)輸 出單元306,其中，檢測(cè)信號(hào)傳輸單元305，用于把測(cè)量到的水位值 傳輸給信號(hào)輸出單元306;控制信號(hào)輸出單元306,用于顯示水位值， 并根據(jù)得到的水位值發(fā)出控制指令。
其中，所述電極表面包覆耐高溫、耐腐蝕的絕緣材料105。
另外，所述電極相互固定連接的端部處設(shè)有封裝件106。
較佳的，所述電極由金屬材料制成，并由支撐架相互相間地固定， 所述支撐架為卡扣104。
本發(fā)明提供的使用水位測(cè)量裝置測(cè)量水位的方法，包括產(chǎn)生固 定頻率信號(hào)加載于測(cè)量電極、校正電才及；4全測(cè)測(cè)量電極與參考電極 之間的頻率衰減信號(hào)，并把該衰減信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；根據(jù)單位 距離水位變化值與衰減信號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，將接收到的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換 為水位值。
本發(fā)明提供的使用水位測(cè)量裝置校正水位的方法，包括比較最 低檢測(cè)水位測(cè)量值與預(yù)存的最低檢測(cè)水位參數(shù)值；當(dāng)最低檢測(cè)水位測(cè)量值與預(yù)存的最低檢測(cè)水位參數(shù)值的差的絕對(duì)值大于零，則存儲(chǔ)
最低檢測(cè)水位測(cè)量值，替換預(yù)存的最低檢測(cè)水位參數(shù)值；
比較警戒水位測(cè)量值與預(yù)存的警戒水位參數(shù)值；當(dāng)警戒水位測(cè)量
值與預(yù)存的警戒水位參數(shù)值的差的絕對(duì)值大于零，則存儲(chǔ)警戒水位
測(cè)量值，替換預(yù)存的警戒水位參數(shù)值；
根據(jù)校正的最低檢測(cè)水位值和警戒水位值，計(jì)算出最低檢測(cè)水位
和警戒水位之間單位距離水位變化值，替換預(yù)存的最低檢測(cè)水位和
警戒水位之間單位距離水位變化參數(shù)值。
由此可以看出，利用本發(fā)明提供的水位測(cè)量裝置以及水位測(cè)量、
校正方法能夠減少環(huán)境因素，尤其是水質(zhì)的影響，獲得連續(xù)精確的
水位值。


圖1為水位測(cè)量裝置電極結(jié)構(gòu)原理圖； 圖2為水位測(cè)量裝置原理圖； 圖3為水位測(cè)量裝置電極位置示意圖； 圖4為水位校正流程圖。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了水位測(cè)量裝置電極結(jié)構(gòu)原理圖，如圖l所示，本發(fā)明 提供的水位測(cè)量裝置的電極部分結(jié)構(gòu)包括電極和導(dǎo)線107。
所述電極部分包括一根接地的參考電極101,—根測(cè)量電極102, 一根校正電極103，其中參考電極101長(zhǎng)度和測(cè)量電極102長(zhǎng)度相同， 校正電極103長(zhǎng)度小于參考電極101長(zhǎng)度。所述電極的長(zhǎng)度可以根 據(jù)水容器的大小來(lái)確定。三根電極的頂端相互平齊由位于電極頂端
封裝件106固定在一起。
所述電極采用金屬電極，為了防止金屬電極表面產(chǎn)生水垢，在金 屬電極表面包裹耐高溫、腐蝕的絕緣材料105。為了防止水接觸金屬 電極和導(dǎo)線107,封裝件106也同樣采用耐高溫、腐蝕的絕緣材料105,例如可以采用硅月交。
此外還包括支撐架，用于固定三根電極之間的距離。所述支撐架 可以由三個(gè)卡扣104組成， 一只卡扣104位于電;f及頂端封裝部106 處， 一只位于校正電極103的底部， 一只位于參考電極101和測(cè)量 電極102的底部。固定三根電極彼此之間距離可以保證電極間電容 參數(shù)的一致，確定水位變化量是排除水質(zhì)、溫度影響外的唯一影響 電極間電容值的參數(shù)。
為實(shí)現(xiàn)對(duì)水溫的測(cè)量，也可以將溫度傳感器(圖中未示出)嵌套 在校正電極103里面。
圖2為水位測(cè)量裝置原理圖，參考圖2所示，本發(fā)明提供的水位 測(cè)量裝置包括電連接的電極部分、信號(hào)處理單元和控制單元。將 信號(hào)處理單元與控制單元分離，有利于減少信號(hào)傳輸過(guò)程中的衰減 對(duì)測(cè)量精度的影響。
其中，電極部分用于檢測(cè)水位；信號(hào)處理單元用于將水位測(cè)量裝 置檢測(cè)到的信號(hào)處理成水位值；控制單元用于根據(jù)從信號(hào)處理單元 接收到的信號(hào)顯示具體的水位值，以及根據(jù)水位值控制相應(yīng)部件。
所述信號(hào)處理單元包括檢測(cè)信號(hào)產(chǎn)生單元301、水位信號(hào)檢測(cè) 單元302和檢測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換單元304,還可以包括與溫度傳感器連接的 溫度信號(hào)檢測(cè)單元303;其中，
所述一全測(cè)信號(hào)產(chǎn)生單元301與測(cè)量電極102、才交正電極103和地 相連接，水位信號(hào)檢測(cè)單元302與測(cè)量電極102、校正電極103和參 考電極101相連接；參考電極101還與地連接。水位信號(hào)檢測(cè)單元 302和溫度信號(hào)檢測(cè)單元303均與檢測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換單元304連接。
檢測(cè)信號(hào)產(chǎn)生單元301,用于產(chǎn)生固定頻率信號(hào)，并給測(cè)量電極 102、校正電極103加載該固定頻率信號(hào)，隨著水位的變化，參考電 極101和測(cè)量電極102之間、參考電極101和校正電極103之間的
電容值隨之變化，使得該頻率信號(hào)產(chǎn)生一定的衰減；
水位信號(hào)檢測(cè)單元302,用于檢測(cè)測(cè)量電極102與參考電極101 之間的頻率衰減信號(hào)，通過(guò)調(diào)節(jié)、濾波、數(shù)模轉(zhuǎn)換過(guò)程把該頻率衰
7減信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；
溫度信號(hào)檢測(cè)單元303,用于把溫度傳感器的參數(shù)值通過(guò)濾波、 數(shù)模轉(zhuǎn)換過(guò)程轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；
檢測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換單元304,用于把接收到的水溫信號(hào)轉(zhuǎn)換為水溫 值，根據(jù)接收到的頻率衰減信號(hào)對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)確定出水位值。
其中，所述控制單元包括檢測(cè)信號(hào)傳輸單元305和控制信號(hào)輸出 單元306。檢測(cè)信號(hào)傳輸單元305,用于把水溫值、水位值傳輸給控 制信號(hào)輸出單元306。
控制信號(hào)輸出單元306，用于顯示水溫值、水位值，并根據(jù)接收 到的水位值、水溫值發(fā)出控制指令，控制相應(yīng)部件，如水閥，電源 等部件。
圖3為水位測(cè)量裝置電極位置示意圖，如圖所示包括一根接地的 參考電極IOI, —根測(cè)量電極102， 一根校正電極103，其中參考電 極101長(zhǎng)度和測(cè)量電極102長(zhǎng)度相同，校正電極103長(zhǎng)度小于參考 電極101長(zhǎng)度。三根電極的頂端相互平齊。A點(diǎn)為最高水位，B點(diǎn) 為最低水位檢測(cè)，C點(diǎn)為警戒水位。
圖4為水位校正流程圖，下面參考圖3和圖4詳細(xì)介紹本發(fā)明提 供的水位檢測(cè)裝置進(jìn)行水位校正的過(guò)程。
步驟401,判斷水位是否到達(dá)B點(diǎn)。當(dāng)水箱中的水位到達(dá)B點(diǎn)之 前時(shí)，參考電極101與測(cè)量電極102之間沒(méi)有電容，對(duì)測(cè)量電極102 和校正電極103間加載的固定頻率信號(hào)不會(huì)產(chǎn)生影響，當(dāng)檢測(cè)到測(cè) 量電極102與參考電極101之間的頻率衰減信號(hào)，參考電極101與 測(cè)量電極102之間產(chǎn)生電容，則判斷水位到達(dá)B點(diǎn)。水位沒(méi)有達(dá)到 B點(diǎn)則重復(fù)進(jìn)行判斷。
步驟402，水位達(dá)到B點(diǎn)則比較B點(diǎn)測(cè)量值與預(yù)存B點(diǎn)參數(shù)值 是否相同。信號(hào)處理部分將測(cè)量電極102和參考電極101輸出的信 號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，控制部分將接收到的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換水位 測(cè)量值，將該值與預(yù)先存儲(chǔ)的B點(diǎn)的參數(shù)值(可以是通過(guò)測(cè)量各種 不同水質(zhì)得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中間值)進(jìn)行比較，相同則進(jìn)入步驟404,不相同則進(jìn)入步驟403。
步驟403,存儲(chǔ)B點(diǎn)測(cè)量值，替換掉預(yù)存的參數(shù)值。 步驟404，判斷水位是否達(dá)到C點(diǎn)；當(dāng)檢測(cè)到測(cè)量電極102與參 考電極101之間的頻率衰減信號(hào)，參考電極101和校正電極103產(chǎn) 生電容，水位達(dá)到C點(diǎn)。當(dāng)水位沒(méi)有達(dá)到C點(diǎn)則重復(fù)進(jìn)行判斷。
步驟405,水位達(dá)到C點(diǎn)則比較C點(diǎn)測(cè)量值與預(yù)存的C點(diǎn)參數(shù) 值是否相同。信號(hào)處理部分將測(cè)量電極102和參考電極101輸出的 頻率衰減信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，并根據(jù)數(shù)字信號(hào)確定出水位 測(cè)量值，控制部分將該值與預(yù)先存儲(chǔ)的C點(diǎn)的值(可以是通過(guò)測(cè)量 各種不同水質(zhì)得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中間值)進(jìn)行比較，相同則進(jìn)入步驟 407，不相同則進(jìn)入步驟406。
步驟406,存儲(chǔ)C點(diǎn)測(cè)量值，替換掉預(yù)存的參數(shù)值； 步驟407，根據(jù)校正后的B、 C點(diǎn)的數(shù)值，計(jì)算出B、 C點(diǎn)單位 距離水位數(shù)值。
下面結(jié)合圖1、圖2和圖3對(duì)本發(fā)明提供的水位測(cè)量裝置應(yīng)用于 太陽(yáng)能熱水器水箱的水位測(cè)量過(guò)程進(jìn)行介紹。檢測(cè)信號(hào)產(chǎn)生單元301 產(chǎn)生固定頻率信號(hào)，測(cè)量電極102、校正電極103接收該固定頻率信 號(hào)，當(dāng)水箱中的水位到達(dá)B點(diǎn)之前時(shí)，參考電極101與測(cè)量電極102 之間沒(méi)有電容，對(duì)加載的信號(hào)不會(huì)產(chǎn)生影響。水位逐漸上升到B點(diǎn) 以上，參考電極101和測(cè)量電極102、參考電極101和校正電極103 之間的電容值也隨之變化，使加載的固定頻率信號(hào)產(chǎn)生 一 定的衰減。 測(cè)量電極102和參考電極101輸出相應(yīng)的信號(hào)，水位信號(hào)檢測(cè)單元 302檢測(cè)該頻率衰減信號(hào)，通過(guò)調(diào)節(jié)、濾波、數(shù)模轉(zhuǎn)換過(guò)程把該頻率 衰減信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；檢測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換單元304根據(jù)接收到的頻 率衰減信號(hào)所對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，根據(jù)B、 C之間單位距離水位變化參 數(shù)值計(jì)算得出水位值。檢測(cè)信號(hào)傳輸單元305把計(jì)算得出的水位值 傳輸給控制信號(hào)輸出單元306?？刂菩盘?hào)輸出單元306把接收到的水 位值顯示出來(lái)。
當(dāng)水位到達(dá)C點(diǎn)，控制單元根據(jù)水箱的型號(hào)來(lái)決定是否關(guān)閉水閥或者延遲一定的時(shí)間關(guān)閉水閥。從而通過(guò)校正電極103來(lái)減少因 水質(zhì)不同對(duì)水位測(cè)量的影響，確保水位檢測(cè)的準(zhǔn)確性。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明， 凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn) 等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種水位測(cè)量裝置，其特征在于，包括電極部分和信號(hào)處理單元；電極部分包括一個(gè)接地的參考電極(101)，一個(gè)測(cè)量電極(102)和一個(gè)校正電極(103)，所述參考電極(101)的長(zhǎng)度與測(cè)量電極(102)的長(zhǎng)度相等，所述校正電極(103)的長(zhǎng)度小于參考電極(101)的長(zhǎng)度，三個(gè)電極中每一個(gè)的至少一端部相互平齊地相互固定；與電極部分電連接的信號(hào)處理單元，用于向測(cè)量電極(102)和校正電極(103)加載固定頻率信號(hào)，并根據(jù)檢測(cè)到參考電極(101)與測(cè)量電極(102)之間的頻率衰減信號(hào)確定水位值。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量裝置，其特征在于，所述信號(hào)處 理單元包括檢測(cè)信號(hào)產(chǎn)生單元(301),用于產(chǎn)生加載于測(cè)量電極(102)、校正 電極(103)的固定頻率信號(hào)；水位信號(hào)檢測(cè)單元(3 02),用于檢測(cè)測(cè)量電極(102)與參考電極 (IOI)之間的頻率衰減信號(hào)，并把該衰減信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；檢測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換單元(304),用于把接收到的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為水位值；所述檢測(cè)信號(hào)產(chǎn)生單元(301)與測(cè)量電極(102)、校正電極(103)相 連接，水位信號(hào)檢測(cè)單元(302)與測(cè)量電極(102)、校正電極(103)和參 考電極(101)相連接；檢測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換單元(304)與水位信號(hào)檢測(cè)單元 (302)連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的測(cè)量裝置，其特征在于，還包括 控制單元，用于顯示信號(hào)處理單元得到的水位值，以及根據(jù)所述水 位值發(fā)出控制指令。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的測(cè)量裝置，其特征在于，所述控制單 元包括檢測(cè)信號(hào)傳輸單元(305)和控制信號(hào)輸出單元(306)，其中，檢測(cè)信號(hào)傳輸單元(305)，用于把測(cè)量到的水位值傳輸給控制信號(hào)輸出單元(306);控制信號(hào)輸出單元(306),用于顯示水位值，并根據(jù)得到的水位 值發(fā)出控制指令。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量裝置，其特征在于，所述電極表 面包覆耐高溫、耐腐蝕的絕緣材料(105)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的測(cè)量裝置，其特征在于，所述電極相 互固定連接的端部處設(shè)有封裝件(106)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的測(cè)量裝置，其特征在于，所述電極由 金屬材料制成，并由支撐架相互相間地固定，所述支撐架為卡扣(104)。
8. —種根據(jù)權(quán)利要求1所述水位測(cè)量裝置的水位測(cè)量方法，其 特征在于，包括產(chǎn)生固定頻率信號(hào)加載于測(cè)量電極、校正電極； 檢測(cè)測(cè)量電極與參考電極之間的頻率衰減信號(hào)，并把該衰減信號(hào) 轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；根據(jù)單位距離水位變化值與衰減信號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，將接收到的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為水位值。
9. 一種根據(jù)權(quán)利要求1所述水位測(cè)量裝置的水位校正方法，其 特征在于，包括比較最低檢測(cè)水位測(cè)量值與預(yù)存的最低檢測(cè)水位參數(shù)值；當(dāng)最低 檢測(cè)水位測(cè)量值與預(yù)存的最低檢測(cè)水位參數(shù)值的差的絕對(duì)值大于 零，則存儲(chǔ)最低檢測(cè)水位測(cè)量值，替換預(yù)存的最低檢測(cè)水位參數(shù)值；比較警戒水位測(cè)量值與預(yù)存的警戒水位參數(shù)值；當(dāng)警戒水位測(cè)量 值與預(yù)存的警戒水位參數(shù)值的差的絕對(duì)值大于零，則存儲(chǔ)警戒水位 測(cè)量值，替換預(yù)存的警戒水位參數(shù)值；根據(jù)校正的最低檢測(cè)水位值和警戒水位值，計(jì)算出最低檢測(cè)水位 和警戒水位之間單位距離水位變化值，替換預(yù)存的最低檢測(cè)水位和 警戒水位之間單位距離水位變化參數(shù)值。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種水位測(cè)量裝置，包括電極部分和信號(hào)處理單元；電極部分包括一個(gè)接地的參考電極，一個(gè)測(cè)量電極和一個(gè)校正電極，所述參考電極的長(zhǎng)度與測(cè)量電極的長(zhǎng)度相等，所述校正電極的長(zhǎng)度小于參考電極的長(zhǎng)度，三個(gè)電極中每一個(gè)的至少一端部相互平齊地相互固定；與電極部分電連接的信號(hào)處理單元，用于向測(cè)量電極和校正電極加載固定頻率信號(hào)，并根據(jù)檢測(cè)到參考電極與測(cè)量電極之間的頻率衰減信號(hào)確定水位值。本發(fā)明還提供了一種水位測(cè)量方法和水位校正方法。使用本發(fā)明能夠減少環(huán)境因素的影響，獲得連續(xù)精確的水位值。
文檔編號(hào)G01F23/22GK101672681SQ20081021191
公開(kāi)日2010年3月17日 申請(qǐng)日期2008年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月10日
發(fā)明者王世超, 王江廷, 東 葛, 陳艷麗 申請(qǐng)人:海爾集團(tuán)公司;青島海爾科技有限公司