[发明专利]一种分段电容式液位传感器及其液位测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种液位传感器及其液位测量方法，具体的说是涉及一种适合多界面液位测量的分段电容式液位传感器及其液位测量方法。

背景技术

目前，在多界面液位测量中采用的电容式传感器大多是由两根金属圆管构成，液体进入两管之间，形成电容电介质，这样当其中有两种不同的液体时，便看作是两个电容器并联，由此可测出液位的高度。这种电容式传感器存在以下缺点：

(1)测量精度不高，误差较大

这种单段式液位传感器需要事先知道不同液体的介电常数，且在测量过程中这两个参数需要设置成常数，但在实际生产中，这两个参数不是恒定的，因此，测量误差较大；而且，在多种实际应用中，往往在两种液体层中间存在着一个厚薄不一、密度梯度不定的过渡层，成分复杂，使的界面的测量误差会更大。

(2)测量电路复杂、通讯不方便

单段式液位传感器其测量电路大多采用复杂的模拟技术，如变压器电桥式、运算放大器式及脉宽式等，可靠性不高、抗干扰能力弱，智能化程度不高，与主控制器通讯不方便。同时，单段式液位传感器往往需要进行温度补偿。

中国专利ZL00261115.5和ZL200910031170.5分别公开了一种多界面液位检测系统以及测量液位的非接触传感器，采用了分段式电容对液位进行检测。然而，由于对液位检测的精度依赖于对传感器各段电容的准确测量，而现有公开的此类液位传感器大部分都是采用传统的直接测量电容方式，测量得到的电容值会包含造成较大的误差，进而影响由此测得的液位高度的准确性和可靠性，而现有包括上述两项专利在内的传感器均未对这一问题给出较好的解决方案。

发明内容

本发明的目的是设计一种分段电容式液位传感器，测量时具有较高的准确度、稳定性和可靠性，能够实现多界面液位的准确测量，并能方便地通讯。

为了达到上述的目的，本发明采用的技术方案是：

一种分段电容式液位传感器，包括微处理器，与微处理器相连接的正弦波发生电路，与微处理器和正弦波发生电路相连接的多路转换开关，与多路转换开关相连接的分段式电容，所述分段式电容由至少两段互相绝缘的电容排列组成，所述多路转换开关分别对应连接分段式电容中的各段电容，所述微处理器和多路转换开关之间分别连接有漏电阻检测电路和相位差检测电路；所述微处理器控制多路转换开关将分段式电容中各段电容的输入端通过一充电电阻连接到正弦波发生电路，输出端分别连接到漏电阻检测电路和相位差检测电路。

进一步，所述正弦波发生电路包括正弦函数采样编码电路，与正弦函数采样编码电路相连接的数模转换电路，以及与数模转换电路相连接的调理放大电路。

所述多路转换开关是采用模拟多路复用器。

另外，本发明还包括与所述微处理器相连接的串行通讯接口和人机接口电路。

所述串行通讯接口是采用置于微处理器内的RS-485总线接口。

所述人机接口电路包括与微处理器相连接的设定按键、状态指示灯和数据显示器。

所述分段式电容是采用管柱型分段结构，或者平板型分段结构，或者扣式分段结构。

另一方面，本发明还提供一种上述分段电容式液位传感器的液位测量方法，通过分别检测分段式电容中各段电容的漏电阻和其对输入波形造成的相位差来计算出各段电容的电容值，再根据计算出的各电容的电容值计算出液体中各界面的液位高度。

作为优选，检测分段式电容中各段电容的漏电阻时，在各段电容的两端分别输入正弦波电压，并检测电容两端的实际输出电压，则该段电容的漏电阻Rx为：

Rx=UxUi-UxR]]>

式中，Ui为输入的正弦波电压，Ux为电容两端的实际输出电压，R为电容的充电电阻。

作为优选，计算出各段电容的电容值后，首先通过比较各段电容的电容值大小及电容值突变位置来确定不同液体以及液体与空气之间的界面所在的电容段，在所确定的该段电容中，液体界面相对该段电容底部的高度Lx为：