本實用新型涉及液體測量領域，具體為一種在線測量液體密度和液位高度的裝置。

背景技術：

液位測量裝置，市面上現(xiàn)在有很多同類型的設計和產(chǎn)品，主要類型有音叉振動式、磁浮式、壓力式、超聲波、聲吶波、磁翻板、雷達等，但是幾乎所有的液位傳感器都無法同時兼顧對液體密度的測量。

201110409473.3(發(fā)明專利)公開了一種壓力液位傳感器，包括密度傳感器、壓力傳感器及控制器。此專利除了需要壓力傳感器外，還要有密度傳感器，費用昂貴；相對單一傳感器而言，兩種類型的傳感器長期使用時不易維護。

201210572031.5(發(fā)明專利)公開了一種物聯(lián)網(wǎng)液位測量儀，測量儀內(nèi)有三只高精度電容壓力傳感器對被測液位、大氣壓強和第二測量值進行實時檢測，包括平衡器、氣壓容器、單向閥、造氣活塞、電機、三通閥、物聯(lián)網(wǎng)單元等，此專利結(jié)構(gòu)復雜、費用昂貴，內(nèi)部元件組成過多過多、長期工作可靠性低。

因此，該技術有必要改進。

技術實現(xiàn)要素：

為了解決上述技術問題，本實用新型的目的是提供一種低成本、高可靠性、能夠在線精確測量液體密度和液位高度的裝置。

本實用新型所采用的技術方案是：

本實用新型提供一種在線測量液體密度和液位高度的裝置，包括本體，還包括供電電源模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊，所述數(shù)據(jù)采集模塊的輸出端與數(shù)據(jù)處理模塊的輸入端連接；所述數(shù)據(jù)處理模塊的輸出端與數(shù)據(jù)傳輸模塊的輸入端連接；所述供電電源模塊的輸出端分別與數(shù)據(jù)采集模塊的輸入端、數(shù)據(jù)處理模塊的輸入端、數(shù)據(jù)傳輸模塊的輸入端連接；其中，所述數(shù)據(jù)采集模塊包括第一壓力傳感器和第二壓力傳感器，且所述第一壓力傳感器和第二壓力傳感器之間具有固定的垂直高度差。

作為該技術方案的改進，所述數(shù)據(jù)處理模塊包括信號隔離單元、信息存儲單元、液位計算單元、密度計算單元、液位校正單元和通信接口單元；所述信號隔離單元的輸出端與信息存儲單元的輸入端連接，所述信息存儲單元的輸出端與所述液位計算單元的輸入端連接，所述液位計算單元的輸出端與密度計算單元的輸入端連接，所述密度計算單元的輸出端與液位校正單元的輸入端連接，所述液位校正單元的輸處端與通信接口單元的輸入端連接。

作為該技術方案的改進，所述第一壓力傳感器和第二壓力傳感器均為數(shù)字式壓力傳感器。

作為該技術方案的改進，所述信號隔離單元包括具有信號隔離功能的芯片。

作為該技術方案的改進，所述信息存儲單元包括具有信息存儲功能的芯片。

進一步地，所述數(shù)據(jù)傳輸模塊包括有線傳輸和/或無線傳輸。

進一步地，所述有線傳輸通過串口數(shù)據(jù)總線進行數(shù)據(jù)傳輸。

進一步地，所述裝置還設有天線，所述天線置于本體上部，所述無線傳輸通過天線進行數(shù)據(jù)傳輸。

本實用新型的有益效果是：

本實用新型提供的一種在線測量液體密度和液位高度的裝置，可在線精確測量液體密度和液位高度，整套裝置結(jié)構(gòu)簡單，安全可靠。

另一方面，該裝置不僅能夠用于對純凈液體、污水等含雜質(zhì)較多或者多種成分混合的液體以及弱腐蝕性液體的密度進行測量，還能夠通過測量液體密度、實現(xiàn)對壓力傳感器測量結(jié)果的自校正，使液位測量更加準確可靠。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本實用新型的具體實施方式作進一步說明：

圖1是本實用新型第一實施例的模塊連接圖；

圖2是本實用新型第二實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本實用新型一實施例的RS485通信接口單元示意圖；

圖4是本實用新型一實施例的信號隔離單元示意圖；

圖5是本實用新型一實施例的GPRS無線通信示意圖；

圖6是本實用新型一實施例的信息存儲單元示意圖；

圖7是本實用新型一實施例的控制流程圖。

具體實施方式

需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。

參照圖1，本實用新型提供一種在線測量液體密度和液位高度的裝置，包括本體，還包括供電電源模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊(包含微處理器)、數(shù)據(jù)傳輸模塊，所述數(shù)據(jù)采集模塊的輸出端與數(shù)據(jù)處理模塊的輸入端連接；所述數(shù)據(jù)處理模塊的輸出端與數(shù)據(jù)傳輸模塊的輸入端連接；所述供電電源模塊的輸出端分別與數(shù)據(jù)采集模塊的輸入端、數(shù)據(jù)處理模塊的輸入端、數(shù)據(jù)傳輸模塊的輸入端連接；其中，所述數(shù)據(jù)采集模塊包括第一壓力傳感器和第二壓力傳感器，且所述第一壓力傳感器和第二壓力傳感器之間具有固定的垂直高度差。

作為該技術方案的改進，所述數(shù)據(jù)處理模塊包括信號隔離單元、信息存儲單元、液位計算單元、密度計算單元、液位校正單元和通信接口單元；所述信號隔離單元的輸出端與信息存儲單元的輸入端連接，所述信息存儲單元的輸出端與所述液位計算單元的輸入端連接，所述液位計算單元的輸出端與密度計算單元的輸入端連接，所述密度計算單元的輸出端與液位校正單元的輸入端連接，所述液位校正單元的輸處端與通信接口單元的輸入端連接。

作為該技術方案的改進，所述第一壓力傳感器和第二壓力傳感器均為數(shù)字式壓力傳感器。

作為該技術方案的改進，所述信號隔離單元包括具有信號隔離功能的芯片。優(yōu)選的，所述信號隔離單元的芯片型號為74LV244APW。

作為該技術方案的改進，所述信息存儲單元包括具有信息存儲功能的芯片。優(yōu)選的，所述信息存儲單元的芯片型號為S25FL064P0XMFI001。

進一步地，所述數(shù)據(jù)傳輸模塊包括有線傳輸和/或無線傳輸。

進一步地，所述有線傳輸通過串口數(shù)據(jù)總線進行數(shù)據(jù)傳輸，如RS485。

進一步地，所述裝置還設有天線，所述天線置于本體上部，所述無線傳輸通過天線進行數(shù)據(jù)傳輸，如GPRS。

本實用新型采用的技術方案由數(shù)據(jù)處理模塊(包括密度計算單元、液位計算單元和液位校正單元)、供電電源模塊、數(shù)據(jù)(壓力)采集模塊、無線傳輸模塊等組成。

組成及說明：

(1)數(shù)據(jù)處理模塊

微處理器EFM32GG380是該裝置的處理核心，參照圖1，是一實施例的模塊組成示意圖，該微處理器在嵌入式操作系統(tǒng)驅(qū)動下運行信號隔離單元、信息存儲單元、液位計算單元、密度計算單元、液位校正單元、通信接口單元。數(shù)據(jù)采集模塊采集到的數(shù)字量信號經(jīng)過數(shù)據(jù)存儲單元對采集信息進行存儲，采集信息和經(jīng)開關狀態(tài)檢測模塊輸出信息通過微處理器發(fā)送信號給壓力采集模塊是否繼續(xù)采集的依據(jù)。微處理器通過其通信接口單元接收到通/斷指令后，即對數(shù)據(jù)采集模塊的電壓和通信狀態(tài)進行獲取，以決定對數(shù)據(jù)采集模塊執(zhí)行采集或者判斷操作。

A.信號隔離單元

該單元將壓力采集模塊采集傳遞到數(shù)據(jù)處理模塊的數(shù)據(jù)先進行隔離、電平變換，待穩(wěn)定后再傳遞給信息存儲單元進行存儲。

B.信息存儲單元

該單元將壓力采集模塊采集傳遞到數(shù)據(jù)處理模塊的數(shù)據(jù)先進行存儲，待穩(wěn)定后再傳遞給液位計算模塊進行分析。

C.液位計算單元

該單元通過讀取信息存儲單元的數(shù)據(jù)，結(jié)合液位高度算法公式：和初始設置的液體密度ρ₀，一般初始設置為水的密度，初步計算出液位高度h₁和h₂。

D.密度計算單元

該單元通過讀取液位計算單元的數(shù)據(jù)，根據(jù)△h＝h₂-h₁為一確定值；結(jié)合液體密度算法公式：計算出液體密度的精確值ρ。

E.液位校正單元

該單元通過讀取密度計算單元的數(shù)據(jù)ρ，液位高度算法公式：計算出液位的準確高度

F.通信接口單元

該通信接口單元可通過有線或者無線方式接收遠程對壓力采集模塊的采集指令。有線通信方式主要指RS485通信總線，協(xié)議為標準MODBUS協(xié)議；無線方式主要指GPRS通信方式。

(2)供電電源模塊

該模塊主要給整套設備提供電源(DC5V或者DC12V)，要求通過一定的防爆標準，能實現(xiàn)一定的過壓、過流、過熱保護功能。

(3)壓力采集模塊

該模塊主要有電纜線、壓力傳感器一和壓力傳感器二組成，其中壓力傳感器一、壓力傳感器二分別將采集到的水壓轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號后，可通過RS485數(shù)據(jù)總線將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理模塊。

(4)數(shù)據(jù)傳輸模塊

該模塊主要將數(shù)據(jù)處理模塊處理校正過的液體密度和液位高度等數(shù)據(jù)，可以以有線傳輸方式遠傳到后方平臺，供管理人員做決策參考；同時接收來自平臺的指令，并執(zhí)行對應的采集或者停止采集等動作；當然也可以以無線方式進行傳輸，如GPRS。

本實用新型實施例提供了一種在線精確測量液體密度和液位高度的裝置，參照圖2，作為一實施例，該裝置測量污水7的密度及液位高度；該裝置置于污水井4的井蓋1下，其中所述裝置本體上設有天線2，還包括主機箱3，所述主機箱3中包括供電電池模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、無線傳輸模塊等，所述傳感器一8及傳感器二9均通過電纜線5與主機箱3連接，該測試場景還包括排水管網(wǎng)6。主機箱3內(nèi)主要包括供電電池模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、無線傳輸模塊等，主機箱3通過防水孔和天線2連接，將數(shù)據(jù)通過無線方式傳輸?shù)接脩羝脚_。所述主機箱3還具有防水防爆功能。所述傳感器8、傳感器9置于污水井4內(nèi)部、沉沙井10上方，能夠同時被里面的污水7浸沒，且滿足傳感器8、傳感器9的底部高度差為一恒定值。

參照圖3-6，是本實用新型實施例的各單元電路示意圖。所述信號隔離單元包括具有信號隔離功能的芯片。優(yōu)選的，所述信號隔離單元的芯片型號為74LV244APW。

所述信息存儲單元包括具有信息存儲功能的芯片。優(yōu)選的，所述信息存儲單元的芯片型號為S25FL064P0XMFI001。

所述數(shù)據(jù)傳輸模塊包括有線傳輸和/或無線傳輸。

所述有線傳輸通過串口數(shù)據(jù)總線進行數(shù)據(jù)傳輸，如RS485。

數(shù)據(jù)傳輸模塊主要將數(shù)據(jù)處理模塊處理校正過的液體密度和液位高度等數(shù)據(jù)，可以以有線方式遠傳到后方平臺，供管理人員做決策參考；同時接收來自平臺的指令，并執(zhí)行對應的采集或者停止采集等動作；其也可以以無線方式進行傳輸，如GPRS。

參照圖7，是本實用新型一實施例的控制流程圖。該裝置上電后，通過雙水位計進行壓力數(shù)據(jù)采集，待采集結(jié)束，所述裝置將接收到的數(shù)據(jù)解碼并通過密度算法處理求出所測液體密度，并將計算出的密度數(shù)據(jù)通過液位校正算法處理求出所測液位高度，并將液體密度和液位高度數(shù)據(jù)傳輸至用戶平臺。

本實用新型的主要特點包括：本實用新型能夠?qū)崿F(xiàn)在線精確測量液體密度和液位高度，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對純凈液體、污水等含雜質(zhì)較多或者多種成分混合的液體以及弱腐蝕性液體的密度進行測量，還能夠通過測量液體密度、實現(xiàn)對壓力傳感器數(shù)據(jù)的自校正，液位測量更加準確可靠。整套裝置結(jié)構(gòu)簡單，安全可靠，適用于測量環(huán)境復雜且對測量精度要求苛刻的場合。

以上是對本實用新型的較佳實施進行了具體說明，但本發(fā)明創(chuàng)造并不限于所述實施例，熟悉本領域的技術人員在不違背本實用新型精神的前提下還可做作出種種的等同變形或替換，這些等同的變形或替換均包含在本申請權利要求所限定的范圍內(nèi)。