本發(fā)明涉及傳感器技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種檢測精度高，成本低，安全性好的鍋爐水位檢測裝置及其控制方法。

背景技術(shù)：
現(xiàn)有水位控制儀表存在調(diào)試不方便，需要專業(yè)的工程師，電路的信號飄移比較嚴重，信號的采集不穩(wěn)定，精度低，生產(chǎn)成本高，功能的實現(xiàn)復雜而不穩(wěn)定，對線圈的圈數(shù)和線徑有嚴格的要求的不足。中國專利授權(quán)公開號：CN102650538A，授權(quán)公開日2012年8月29日，公開了一種汽車油耗組合測量系統(tǒng)及油箱水位傳感器標定方法，主要包括：油箱、油箱出油管、汽車油耗計量儀數(shù)據(jù)線、汽車油耗計量儀、汽車油耗計量儀出油管、回油管、燃油泵、油箱水位傳感器、油箱水位傳感器數(shù)據(jù)線、單片機數(shù)據(jù)處理器、發(fā)動機，單片機數(shù)據(jù)處理器同時與汽車油耗儀數(shù)據(jù)線及油箱水位傳感器數(shù)據(jù)線連接，實時計算與顯示汽車油耗計量儀的油耗和箱水位傳感器的油量。該發(fā)明的不足之處是，檢測精度低，無法發(fā)現(xiàn)傳感器故障。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的發(fā)明目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的水位控制儀表的檢測精度低、無法發(fā)現(xiàn)傳感器故障的不足，提供了一種檢測精度高，成本低，安全性好的鍋爐水位檢測裝置及其控制方法。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種鍋爐水位檢測裝置，所述鍋爐上設(shè)有進水管和出水管；其特征是，包括殼體，設(shè)于殼體內(nèi)的單片機、A/D轉(zhuǎn)換器和存儲器，設(shè)于殼體上的報警裝置及顯示器，設(shè)于鍋爐內(nèi)的下端開口的豎向的不銹鋼管，設(shè)于不銹鋼管上的電感線圈；不銹鋼管內(nèi)設(shè)有可相對于不銹鋼管上下移動的硅鋼棒，設(shè)于硅鋼棒下端的浮子和用于容納硅鋼棒下部和浮子的導向筒，導向筒下端設(shè)有直徑小于浮子直徑的開口，導向筒與鍋爐固定連接；電感線圈的銅線繞組上設(shè)有溫度傳感器；不銹鋼管下端設(shè)有向外水平延伸的延伸邊，延伸邊與鍋爐內(nèi)壁密封連接；進水管和出水管上均設(shè)有電磁閥，單片機分別與2個電磁閥、報警裝置、存儲器、顯示器和溫度傳感器電連接，電感線圈通過A/D轉(zhuǎn)換器與單片機電連接。本發(fā)明的水位傳感器用于檢測鍋爐中的水位，鍋爐的溫度通常在20℃-250℃的范圍內(nèi)，而溫度的變化會導致檢測的電流值的漂移，因此，本發(fā)明增加了用于檢測電感線圈的溫度的溫度傳感器，并經(jīng)過200至1000次試驗，獲得了溫漂標定系數(shù)表，溫漂標定系數(shù)表中設(shè)有與電感線圈的溫度T、檢測信號的電流值相關(guān)的溫漂標定系數(shù)T1；隨著水位的波動，硅鋼棒在不銹鋼管內(nèi)上下移動，電感線圈產(chǎn)生電信號x(t)，A/D轉(zhuǎn)換器將x(t)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號u(t)，設(shè)定起始時刻為a0；溫度傳感器檢測電感線圈的溫度T，單片機采集a0時刻u(t)的一個值X，單片機利用X、T檢索溫漂標定系數(shù)表，得到與X相對應(yīng)的溫漂標定系數(shù)T1；單片機計算得到包含a0時刻在內(nèi)的單位時間T2內(nèi)u(t)的最大值X2和最小值X1；單片機利用公式計算并得到經(jīng)過溫漂修正的電流檢測值Z；當Z≥W2，單片機控制報警裝置報警，顯示器顯示水位過高的信息；當Z≤W1，單片機控制報警裝置報警，顯示器顯示水位過低的信息。從而使水位的檢測更加精確，有效避免了溫度、檢測電流值、傳感器量程下限Y1、傳感器量程上限Y2、u(t)的最大值X2和最小值X1對檢測電流的影響，檢測精度高、穩(wěn)定性和可靠性好；對電感線圈的大小適應(yīng)范圍廣，不受圈數(shù)和線徑的限制。因此，本發(fā)明具有檢測精度高、穩(wěn)定性和可靠性好；適應(yīng)范圍廣，不受電感線圈的圈數(shù)和線徑的限制的特點。作為優(yōu)選，還包括無線收發(fā)器和升壓電路，無線收發(fā)器通過升壓電路與單片機電連接，無線收發(fā)器與手機或電腦無線連接。當水位過高或水位過低時，在報警裝置發(fā)出報警信息及顯示器顯示報警信息的同時，無線收發(fā)器會向手機或電腦發(fā)送無線報警信號，從而使遠程的工作人員及時獲得水位異常的消息。作為優(yōu)選，還包括狀態(tài)指示燈，狀態(tài)指示燈與單片機電連接。正常工作時，狀態(tài)指示燈顯示綠色或藍色；水位過高或水位過低時，狀態(tài)指示燈紅色閃爍。作為優(yōu)選，所述報警處理裝置包括喇叭和蜂鳴器，喇叭和蜂鳴器均與單片機電連接。一種鍋爐水位檢測裝置的控制方法，包括如下步驟：(5-1)存儲器中設(shè)有傳感器量程下限Y1，傳感器量程上限Y2、溫漂標定系數(shù)表、與水位下限值相對應(yīng)的電流閾值W1和與水位上限值相對應(yīng)的電流閾值W2；溫漂標定系數(shù)表中設(shè)有與電感線圈的溫度T、檢測信號的電流值相關(guān)的溫漂標定系數(shù)T1；設(shè)定起始時刻為a0；(5-1-1)隨著水位的波動，硅鋼棒在不銹鋼管內(nèi)上下移動，電感線圈產(chǎn)生電信號x(t)，A/D轉(zhuǎn)換器將x(t)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號u(t)；(5-2)溫度傳感器檢測電感線圈的溫度T，單片機采集a0時刻u(t)的一個值X，單片機利用X、T檢索溫漂標定系數(shù)表，得到與X相對應(yīng)的溫漂標定系數(shù)T1；單片機計算得到包含a0時刻在內(nèi)的單位時間T2內(nèi)u(t)的最大值X2和最小值X1；(5-3)單片機利用公式計算并得到經(jīng)過溫漂修正的電流檢測值Z；單片機將Z和當前時刻存儲在存儲器中；(5-4)當Z≥W2，單片機控制出水管的電磁閥打開時間B1后關(guān)閉，進水的過程中顯示器顯示出水的信息；當Z≤W1，單片機控制進水管的電磁閥打開時間B2后關(guān)閉，進水的過程中顯示器顯示進水的信息；當W1＜Z＜W2，間隔時間T2后，使a0的值增加T2，返回步驟(5-2)。作為優(yōu)選，當電感線圈的工作時間超過5分鐘后，所述步驟(5-4)由下述步驟替換：單片機讀取存儲器中存儲的距離當前時刻T2時間之前的Z，計算并得到當前時刻的Z和T2時間之前的Z的平均值Z′，當Z′≥W2，單片機控制進水管的電磁閥打開時間B2后關(guān)閉，進水的過程中顯示器顯示進水的信息；當Z′≤W1，單片機控制進水管的電磁閥打開時間B2后關(guān)閉，進水的過程中顯示器顯示進水的信息；當W1＜Z′＜W2，間隔時間T2后，使a0的值增加T2，返回步驟(5-2)。因為鍋爐的水位實時的在波動，實測的水位可能是波峰或波底，本發(fā)明每間隔T2采集u(t)的一個值X，計算并得到當前時刻的Z和T2時間之前的Z的平均值Z′，使水位信號的輸出更平滑，并用Z′來比較判斷水位的高低，從而提高了水位檢測的穩(wěn)定性、可靠性。作為優(yōu)選，步驟(5-1-1)和(5-2)之間還包括如下步驟：(7-1)存儲器中設(shè)有j的初始值為1，i的初始值為1，設(shè)有故障閾值E；(7-2)單片機計算u(t)的局部極大值并通過三次樣條插值獲得上包絡(luò)線uup(t)；(7-3)計算信號u(t)的局部極小值并通過三次樣條插值獲得下包絡(luò)線ulow(t)；(7-4)定義平均包絡(luò)m1(t)＝[uup(t)+ulow(t)]/2；(7-5)利用公式hj(t)＝u(t)-mj(t)計算差值hj(t)；(7-6)若hj(t)不滿足IMF篩分停止條件，使u(t)＝hj(t)，j值增加1，返回步驟(7-2)對hj(t)繼續(xù)進行分解；當hj(t)滿足IMF篩分停止條件，則得到u(t)信號的第1個IMF分量c1(t)＝hj(t)；(7-7)利用公式ri(t)＝u(t)-ci(t)計算剩余分量ri(t)；(7-8)當ri(t)不滿足分解停止條件時，使u(t)＝ri(t)，使i值增加1，返回步驟(7-2)對ri(t)繼續(xù)分解；當滿足篩分停止條件時，設(shè)n1＝i，得到n1個IMF分量ci(t)和1個剩余分量rn(t)，u(t)則可以表示為抽取ci(t)的N個抽樣值ci(k)，k＝1，2，…，N；(7-9)單片機利用公式計算u(t)的各個分量能量，比較u(t)的各分量能量Emax，選取E1，E2，…，En中最大值Emax，當Emax＞E時，單片機做出電感線圈故障的判斷，顯示器顯示電感線圈故障的信息，報警裝置發(fā)出報警信息；單片機控制電感線圈及溫度傳感器停止工作；當Emax≤E時，轉(zhuǎn)入步驟(5-2)；其中，(7-6)、(7-8)的篩分停止條件采用仿柯西收斂準則，當SD＜ε時篩分停止，ε通常介于0.2與0.3之間，T為設(shè)定的常數(shù)；分解停止條件為剩余信號ri(t)變?yōu)閱握{(diào)函數(shù)。作為優(yōu)選，T1與X成反比，T1與T成反比。作為優(yōu)選，T2的取值范圍為0.8秒至1.2秒。作為優(yōu)選，Y1的取值范圍為3毫安至5毫安，Y2的取值范圍為18毫安至22毫安。因此，本發(fā)明具有如下有益效果：檢測精度高、穩(wěn)定性和可靠性好；適應(yīng)范圍廣，不受電感線圈的圈數(shù)和線徑的限制。附圖說明圖1是本發(fā)明的一種原理框圖；圖2是本發(fā)明的實施例1的一種流程圖；圖3是本發(fā)明的硅鋼棒和不銹鋼管的一種結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明的電感線圈的一種結(jié)構(gòu)示意圖。圖中：單片機1、存儲器2、報警裝置3、顯示器4、溫度傳感器5、不銹鋼管6、電感線圈7、硅鋼棒8、無線收發(fā)器9、升壓電路10、狀態(tài)指示燈11、喇叭12、蜂鳴器13、手機14、延伸邊15。具體實施方式下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明做進一步的描述。實施例1如圖1所示的實施例是一種鍋爐水位檢測裝置，鍋爐上設(shè)有進水管和出水管；包括殼體，設(shè)于殼體內(nèi)的單片機1、A/D轉(zhuǎn)換器16和存儲器2，設(shè)于殼體上的報警裝置3及顯示器4，設(shè)于鍋爐內(nèi)的下端開口的豎向的不銹鋼管6，如圖3、圖4所示，設(shè)于不銹鋼管上的電感線圈7；不銹鋼管內(nèi)設(shè)有可相對于不銹鋼管上下移動的硅鋼棒8，設(shè)于硅鋼棒下端的浮子和用于容納硅鋼棒下部和浮子的導向筒，導向筒下端設(shè)有直徑小于浮子直徑的開口，導向筒與鍋爐固定連接；如圖1所示，電感線圈的銅線繞組上設(shè)有溫度傳感器5；如圖3所示，不銹鋼管下端設(shè)有向外水平延伸的延伸邊15，延伸邊與鍋爐內(nèi)壁密封連接；如圖1所示，進水管和出水管上均設(shè)有電磁閥16，單片機分別與2個電磁閥、報警裝置、存儲器、顯示器和溫度傳感器電連接，電感線圈通過A/D轉(zhuǎn)換器與單片機電連接。還包括無線收發(fā)器9和升壓電路10，無線收發(fā)器通過升壓電路與單片機電連接，無線收發(fā)器與手機14無線連接。還包括狀態(tài)指示燈11，狀態(tài)指示燈與單片機電連接。報警處理裝置包括喇叭12和蜂鳴器13，喇叭和蜂鳴器均與單片機電連接。如圖2所示，一種鍋爐水位檢測裝置的控制方法，包括如下步驟：步驟100，電感線圈產(chǎn)生電信號存儲器中設(shè)有傳感器量程下限Y1，傳感器量程上限Y2、溫漂標定系數(shù)表、與水位下限值相對應(yīng)的電流閾值W1和與水位上限值相對應(yīng)的電流閾值W2；溫漂標定系數(shù)表中設(shè)有與電感線圈的溫度T、檢測信號的電流值相關(guān)的溫漂標定系數(shù)T1；設(shè)定起始時刻為a0；T2030405060708090100110120130140150X101111.812.513.113.614.214.715.215.615.916.316.516.8T110.9090.8470.8000.7630.7350.7040.6800.6580.6410.6290.6130.6060.595溫漂標定系數(shù)表溫漂標定系數(shù)表中T的單位為℃，X的單位為mA；步驟110，隨著水位的波動，硅鋼棒在不銹鋼管內(nèi)上下移動，電感線圈產(chǎn)生電信號x(t)，A/D轉(zhuǎn)換器將x(t)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號u(t)；步驟200，獲得溫漂標定系數(shù)T1，單位時間T2＝1秒內(nèi)u(t)的最大值X2和最小值X1溫度傳感器檢測電感線圈的溫度T，單片機采集a0時刻u(t)的一個值X，單片機利用X、T檢索溫漂標定系數(shù)表，得到與X相對應(yīng)的溫漂標定系數(shù)T1；單片機計算得到包含a0時刻在內(nèi)的單位時間T2內(nèi)u(t)的最大值X2和最小值X1；步驟300，計算并得到經(jīng)過溫漂修正的電流檢測值Z單片機利用公式計算并得到經(jīng)過溫漂修正的電流檢測值Z；單片機將Z和當前時刻存儲在存儲器中；步驟400，水位高低的判斷及控制當Z≥W2，單片機控制出水管的電磁閥打開5分鐘后關(guān)閉，進水的過程中顯示器顯示出水的信息；當Z≤W1，單片機控制進水管的電磁閥打開15分鐘后關(guān)閉，進水的過程中顯示器顯示進水的信息；當W1＜Z＜W2，間隔時間T2后，使a0的值增加T2，返回步驟200。本實施例中，Y1為4mA，Y2為20mA。實施例2實施例2包括實施例1中的所有結(jié)構(gòu)和步驟部分，當電感線圈的工作時間超過5分鐘后，實施例1的步驟400由下述步驟替換：單片機讀取存儲器中存儲的距離當前時刻T2時間之前的Z，計算并得到當前時刻的Z和T2時間之前的Z的平均值Z′，當Z′≥W2，單片機控制出水管的電磁閥打開5分鐘后關(guān)閉，進水的過程中顯示器顯示出水的信息；當Z′≤W1，單片機控制進水管的電磁閥打開15分鐘后關(guān)閉，進水的過程中顯示器顯示進水的信息；當W1＜Z′＜W2，間隔時間T2后，使a0的值增加T2，返回步驟200。實施例3實施例3包括實施例1中的所有結(jié)構(gòu)和步驟部分，實施例1的步驟110和200之間還包括如下步驟：(7-1)存儲器中設(shè)有j的初始值為1，i的初始值為1，設(shè)有故障閾值E；(7-2)單片機計算u(t)的局部極大值并通過三次樣條插值獲得上包絡(luò)線uup(t)；(7-3)計算信號u(t)的局部極小值并通過三次樣條插值獲得下包絡(luò)線ulow(t)；(7-4)定義平均包絡(luò)m1(t)＝[uup(t)+ulow(t)]/2；(7-5)利用公式hj(t)＝u(t)-mj(t)計算差值hj(t)；(7-6)若hj(t)不滿足IMF篩分停止條件，使u(t)＝hj(t)，j值增加1，返回步驟(7-2)對hj(t)繼續(xù)進行分解；當hj(t)滿足IMF篩分停止條件，則得到u(t)信號的第1個IMF分量c1(t)＝hj(t)；(7-7)利用公式ri(t)＝u(t)-ci(t)計算剩余分量ri(t)；(7-8)當ri(t)不滿足分解停止條件時，使u(t)＝ri(t)，使i值增加1，返回步驟(7-2)對ri(t)繼續(xù)分解；當滿足篩分停止條件時，設(shè)n1＝i，得到n1個IMF分量ci(t)和1個剩余分量rn(t)，u(t)則可以表示為抽取ci(t)的N個抽樣值ci(k)，k＝1，2，…，N；(7-9)單片機利用公式計算u(t)的各個分量能量，比較u(t)的各分量能量Emax，選取E1，E2，…，En中最大值Emax，當Emax＞E時，單片機做出電感線圈故障的判斷，顯示器顯示電感線圈故障的信息，報警裝置發(fā)出報警信息；單片機控制電感線圈及溫度傳感器停止工作；當Emax≤E時，轉(zhuǎn)入步驟200；其中，(7-6)、(7-8)的篩分停止條件采用仿柯西收斂準則，當SD＜ε時篩分停止，ε通常介于0.2與0.3之間，T為設(shè)定的常數(shù)；分解停止條件為剩余信號ri(t)變?yōu)閱握{(diào)函數(shù)。應(yīng)理解，本實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。