一種生化儀液面感應(yīng)探測裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電容式液面感應(yīng)探測裝置及其方法，屬于液面【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明儀器包括單片機最小系統(tǒng)、LED指示燈、555多諧振蕩電路、采樣針和電阻R，555多諧振蕩電路的輸出端與單片機最小系統(tǒng)的輸入端連接，電阻R與單片機最小系統(tǒng)的輸出端連接，另一端與LED指示燈的陽極連接，LED指示燈的陰極接地。采樣針作為555多諧振蕩電路中的電容C，當(dāng)采樣針短路時該電路的輸出信號由脈動波變成了不脈動的定值波，單片機最小系統(tǒng)通過檢測該信號的頻率變化來判斷采樣針是否與液面接觸。優(yōu)點：該方法的原理新穎，結(jié)構(gòu)簡單，效果明顯，可靠性高，可對微量級的液體進行正確檢測并且成本低廉易于實現(xiàn)與推廣。
【專利說明】一種生化儀液面感應(yīng)探測裝置及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電容式液面感應(yīng)探測裝置及其方法，屬于液面感應(yīng)【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著電子技術(shù)和計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，使得液面探測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和性能都有了很大的改進。目前，液面探測技術(shù)主要有非接觸式和接觸式2種技術(shù)。雖然非接觸式液面探測技術(shù)，如超聲波法、激光法等已日臻成熟，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高昂，同時在軟件設(shè)計上也增加了難度，難以在一般中小型工程中得到應(yīng)用與推廣。接觸式液面探測技術(shù)主要有氣壓法、機械振動法、電阻法和電容法，其中氣壓法主要應(yīng)用于一次性加樣頭；機械振動法適合于液體表面有泡沫和樣本管蓋有橡膠塞的情況；電阻法因需要電極與液體直接接觸，增大了交叉污染的可能性且其兩電極間的距離對探測系統(tǒng)測量精度影響較大；電容式液面探測技術(shù)由于原理簡單、成本低并且易于實現(xiàn)是當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的液面探測方法。
[0003]目前，電容式液面探測方法的原理主要是根據(jù)電容值的變化來判斷是否接觸液面，由于電容值的變化不大，其測量精度受最少探液量的影響較大，所以很難實現(xiàn)高可靠，高靈敏度的液面感應(yīng)探測系統(tǒng)。目前也有通過輸出信號脈沖寬度的變化判斷采樣針是否接觸液面，但該裝置的電路相對復(fù)雜，成本也較高，不易于應(yīng)用與推廣。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于:要提供一種高效，快速，微量，高精度，低攜帶污染物，且運行穩(wěn)定，成本低廉的液面感應(yīng)探測裝置及其方法。
[0005]本發(fā)明要解決的第一個技術(shù)問題是提供一種液面感應(yīng)探測裝置，其特征在于包括單片機最小系統(tǒng)、555多諧振蕩電路、LED指示燈和電阻R ;所述單片機最小系統(tǒng)設(shè)有信號輸入輸出口，所述單片機系統(tǒng)的輸入口(9 口)與555多諧振蕩電路的輸出端(3 口)連接，所述單片機系統(tǒng)的輸出口(10 口)與電阻R的一端連接，所述電阻R的另一端與LED指示燈的陽極連接，LED指示燈的陰極接地；所述的555多諧振蕩電路包括555定時器、電阻R1、R2、電容C1和采樣針；所述采樣針有兩個等長度的金屬套管組成，作為555多諧振蕩電路中的電容C。
[0006]所述2個金屬套管中間通過絕緣材質(zhì)把它們分離，其相當(dāng)于電容器的2個極板，其中外極板接地并和機殼連接起來；所述采樣針內(nèi)外金屬套管一樣長，其外表涂一層特氟龍材料，減少采樣針外表面的液體攜帶量，防止污染。
[0007]所述555定時器的放電端(7 口)與電阻R^R2連接，電阻R1的另一端與555定時器的電壓輸入端(8 口)和復(fù)位端(4 口)共同接輸入電壓VDD，R2的另一端與采樣針的內(nèi)極板、555定時器的高觸發(fā)端出口)和低觸發(fā)端(2 口)連接，采樣針的外極板與555定時器的接地端(I 口)和電容C1的一端共同接地，電容C1的另一端與555定時器的控制電壓端(5 口)連接。
[0008]本發(fā)明要解決的第二個技術(shù)問題是根據(jù)上述裝置所提供一種探測方法，對單片機最小系統(tǒng)進行初始化，當(dāng)采樣針未接觸液面時，555多諧振蕩電路的輸出信號是周期為T的脈沖波，T = 0.7(R1+2R2)C ;當(dāng)采樣針接觸液體時，內(nèi)外金屬套管短路即C = 0，T = O，此時555多諧振蕩電路的輸出信號由脈沖波變?yōu)榉岛愣ǖ亩ㄖ挡ǎ?55多諧振蕩電路的輸出信號作為單片機最小系統(tǒng)的輸入信號，單片機最小系統(tǒng)通過檢測一定時間t內(nèi)輸入信號的脈沖個數(shù)a是否大于2來控制LED指示燈的亮滅，從而判斷采樣針是否與液面接觸。
[0009]所述對單片機最小系統(tǒng)進行初始化，啟動外部中斷INTO，并使其工作在邊沿觸發(fā)方式；a = O, Pl.1=0, LED燈處于熄滅狀態(tài)。
[0010]所述555多諧振蕩電路的輸出信號是單片機外部中斷INTO的輸入信號，當(dāng)INTO檢測到輸入信號的脈沖下降沿時中斷被觸發(fā)，執(zhí)行中斷程序a = a+1。
[0011]所述單片機每隔時間t檢測一次a的數(shù)值，當(dāng)a的數(shù)值大于2時說明輸入信號是脈沖信號，采樣針未接觸液面，此時，將a值置0，P1.1 = O保持不變，LED燈處于熄滅狀態(tài)；當(dāng)a的值小于2時說明輸入信號是幅值恒定的定值波，此時采樣針因接觸液體而短路，單片機將Pl.1 口置1，LED燈亮。
[0012]所述單片機最小系統(tǒng)每隔時間t檢測一次a的數(shù)值，輸入信號的周期T =0.7(Rl+2R2)C，t是T的20?30倍，當(dāng)采樣針未檢測到液面時，信號是脈沖信號，時間t內(nèi)單片機最小系統(tǒng)能檢測到20?30個脈沖信號，則a的值大于O。理論上當(dāng)a = O時，說明信號是幅值恒定的定值波，采樣針檢測到了液面；當(dāng)a>0時，說明采樣針未檢測到液面，輸入信號是脈沖信號。但為了提高準(zhǔn)確度，減少誤判，取數(shù)值2，用a與2的大小比較來判斷采樣針是否檢測到液面。當(dāng)然，由于信號是脈沖波時a的數(shù)值較大(20?30)，也可以用3或4，不會影響效果。
[0013]本發(fā)明的有益效果是只要有極其微量的液體使電容C短路，輸出信號的波形立即由原來的脈動波變?yōu)椴幻}動的定值波，靈敏度高，反應(yīng)迅速，不易受外界環(huán)境的干擾，可靠性高，與傳統(tǒng)的根據(jù)電容值的變化來判斷是否接觸液面的電容式液面探測技術(shù)相比，具有高效，快速，微量，高精度、低成本的優(yōu)點。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]附圖1為本發(fā)明的示意圖。
[0015]附圖2為本發(fā)明的原理結(jié)構(gòu)圖。
[0016]附圖3為本發(fā)明的電路原理圖。

【具體實施方式】
[0017]結(jié)合附圖1-3，一種生化儀的液面感應(yīng)檢測裝置及方法，包括單片機最小系統(tǒng)、555多諧振蕩電路、采樣針、LED指示燈和電阻R，單片機最小系統(tǒng)設(shè)有信號輸入輸出口，555多諧振蕩電路的輸出端(3 口)與單片機最小系統(tǒng)的輸入口(9 口)連接，電阻R的一端與單片機最小系統(tǒng)的輸出口(10 口)連接，電阻R的另一端與LED指示燈的陽極連接，LED指示燈的陰極接地。555多諧振蕩電路包括555定時器、電阻&、R2、電容C1和采樣針，所述555定時器的放電端(7 口)與電阻RpR2連接，電阻R1的另一端與555定時器的電壓輸入端(8口)和復(fù)位端(4 口)共同接輸入電壓VDD，R2的另一端與采樣針的內(nèi)極板、555定時器的高觸發(fā)端出口)和低觸發(fā)端(2 口)連接，采樣針的外極板與555定時器的接地端(I 口)和電容C1的一端共同接地，電容C1的另一端與555定時器的控制電壓端(5 口)連接。
[0018]所述采樣針就是一個電容，它由內(nèi)外2個金屬套管組成，中間通過絕緣材質(zhì)把它們分離，相當(dāng)于電容器的2個極板，其中外極板接地并和機殼連接起來。采樣針內(nèi)外金屬套管一樣長，其外表面涂一層特氟龍材料，可以減少采樣針外表面的液體攜帶量，防止污染。
[0019]對單片機最小系統(tǒng)進行初始化，啟動外部中斷INTO，并使其工作在邊沿觸發(fā)方式；a = 0，Pl.1 = 0，LED燈處于熄滅狀態(tài)；555多諧振蕩電路的輸出信號是單片機外部中斷INTO的輸入信號，當(dāng)INTO檢測到輸入信號的脈沖下降沿時中斷被觸發(fā)，執(zhí)行中斷程序a =a+1。單片機每隔時間t檢測一次a的數(shù)值，當(dāng)a的數(shù)值大于2時說明輸入信號是脈沖信號，采樣針未接觸液面，此時，將a值置0，Pl.1 = O保持不變，LED燈處于熄滅狀態(tài)；當(dāng)3的值小于2時說明輸入信號是幅值恒定的定值波，此時采樣針因接觸液體而短路，單片機將Pl.1口置1，LED燈亮。
[0020]所述單片機最小系統(tǒng)每隔時間t檢測一次a的數(shù)值，輸入信號的周期T =0.7(Rl+2R2)C，t是T的20?30倍，當(dāng)采樣針未檢測到液面時，信號是脈沖信號，時間t內(nèi)單片機最小系統(tǒng)能檢測到20?30個脈沖信號，則a的值大于O。理論上當(dāng)a = O時，說明信號是幅值恒定的定值波，采樣針檢測到了液面；當(dāng)a>0時，說明采樣針未檢測到液面，輸入信號是脈沖信號。但為了提高準(zhǔn)確度，減少誤判，取數(shù)值2，用a與2的大小比較來判斷采樣針是否檢測到液面。當(dāng)然，由于信號是脈沖波時a的數(shù)值較大(20?30)，也可以用3或4，不會影響效果。
[0021]本發(fā)明采用的工作原理:
[0022]當(dāng)采樣針未接觸液面時，555多諧振蕩電路的輸出信號是周期為T的脈沖波，T =0.7(R1+2R2)C ;當(dāng)采樣針接觸液體時，內(nèi)外金屬套管短路即C = 0，T = 0，此時555多諧振蕩電路的輸出信號是幅值恒定的定值波。555多諧振蕩電路的輸出信號作為單片機最小系統(tǒng)的輸入信號，單片機最小系統(tǒng)通過檢測一定時間t內(nèi)輸入信號的脈沖個數(shù)a是否大于2來控制LED指示燈的亮滅，從而判斷采樣針是否與液面接觸。綜上所述，本發(fā)明在采樣針與液面接觸時，t時間內(nèi)檢測到的脈沖個數(shù)a>2，效果十分明顯。
[0023]雖然本發(fā)明已以較佳實施例公開如上，但其并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉此技術(shù)的人，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可做各種的改動與修飾，因此本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書所界定的為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種液面感應(yīng)探測裝置，其特征在于:包括單片機最小系統(tǒng)、555多諧振蕩電路、120指示燈和電阻I？；所述單片機最小系統(tǒng)設(shè)有信號輸入輸出口，所述單片機系統(tǒng)的輸入口 9 口與555多諧振蕩電路的輸出端3 口連接，所述單片機系統(tǒng)的輸出口 10 口與電阻I？的一端連接，所述電阻8的另一端與[￡0指示燈的陽極連接，120指示燈的陰極接地；所述555多諧振蕩電路包括555定時器、電阻1、民、電容I和采樣針；所述采樣針有兩個等長度的金屬套管組成，作為555多諧振蕩電路中的電容(^。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種液面感應(yīng)探測裝置，所述2個金屬套管中間通過絕緣材質(zhì)把它們分離，其相當(dāng)于電容器的2個極板，其中外極板接地并和機殼連接起來；所述采樣針內(nèi)外金屬套管一樣長，其外表涂一層特氟龍材料，減少采樣針外表面的液體攜帶量，防止污染。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種液面感應(yīng)探測裝置，特征在于:所述555定時器的放電端7 口與電阻1、民連接，電阻札的另一端與555定時器的電壓輸入端8 口和復(fù)位端4 口共同接輸入電壓％0，民的另一端與采樣針的內(nèi)極板、555定時器的高觸發(fā)端6 口和低觸發(fā)端2 口連接，采樣針的外極板與555定時器的接地端1 口和電容仏的一端共同接地，電容0:的另一端與555定時器的控制電壓端5 口連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種液面感應(yīng)探測裝置，特征在于:所述555多諧振蕩電路的輸出信號是單片機外部中斷1階0的輸入信號，當(dāng)1階0檢測到輸入信號的脈沖下降沿時中斷被觸發(fā)，執(zhí)行中斷程序3 = 01。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種液面感應(yīng)探測裝置，特征在于:所述單片機最小系統(tǒng)每隔時間I檢測一次3的數(shù)值，當(dāng)3的數(shù)值大于2時說明輸入信號是脈沖信號，采樣針未接觸液面，此時，將3值置0，^1.1 = 0保持不變，120燈處于熄滅狀態(tài)；當(dāng)3的值小于2時說明輸入信號是幅值恒定的定值波，此時采樣針因接觸液體而短路，單片機將？1.1 口置1，120燈亮。
6.一種應(yīng)用權(quán)利要求1-5任一所述裝置感應(yīng)探測液面的方法，特征在于:對單片機最小系統(tǒng)進行初始化，當(dāng)采樣針未接觸液面時，555多諧振蕩電路的輸出信號是周期為I的脈沖波，X = 0.7(^1+21^2)0 ；當(dāng)采樣針接觸液體時，內(nèi)外金屬套管短路即0 = 0，I = 0，此時555多諧振蕩電路的輸出信號由脈沖波變?yōu)榉岛愣ǖ亩ㄖ挡ǎ?55多諧振蕩電路的輸出信號作為單片機最小系統(tǒng)的輸入信號，單片機最小系統(tǒng)通過檢測一定時間I內(nèi)輸入信號的脈沖個數(shù)3是否大于2來控制120指示燈的亮滅，從而判斷采樣針是否與液面接觸。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，特征在于，所述對單片機最小系統(tǒng)進行初始化，啟動外部中斷1階0，并使其工作在邊沿觸發(fā)方式毋=0，^1.1 = 0，120燈處于熄滅狀態(tài)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，特征在于，所述555多諧振蕩電路的輸出信號是單片機外部中斷1階0的輸入信號，當(dāng)1階0檢測到輸入信號的脈沖下降沿時中斷被觸發(fā)，執(zhí)行中斷程序3 = 8+1。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，特征在于，所述單片機最小系統(tǒng)每隔時間I檢測一次3的數(shù)值，當(dāng)3的數(shù)值大于2時說明輸入信號是脈沖信號，采樣針未接觸液面，此時，將3值置.0，^1.1 = 0保持不變，120燈處于熄滅狀態(tài)；當(dāng)3的值小于2時說明輸入信號是幅值恒定的定值波，此時采樣針因接觸液體而短路，單片機將？1? 1 口置1，120燈亮。
【文檔編號】G01F23/26GK104359529SQ201410631552
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月11日
【發(fā)明者】朱培逸, 呂崗, 徐本連, 魯明麗, 施健, 毛麗民, 杜潔, 唐杰, 李德猛 申請人:常熟理工學(xué)院