新型電容式傳感器液位檢測系統及檢測方法與流程
2023-04-23 21:16:17
本發明涉及一種液位檢測的系統及方法，尤其涉及一種新型電容式傳感器液位檢測系統及檢測方法。
背景技術：
定點液位檢測是對幾個固定位置的液位進行測量， 如上 、 下限指示 ，分段液位指示等。 液位測量方法很多，有電容法、電阻法、磁致伸縮法、磁翻板法、振動法、浮子液位計法、雷射液位法、光纖液位法、壓差法等、液位開關法、安全 閥法、伺服液位計法等。
差壓法是目前最常用的測量儲罐內液位的方法之一, 該方法只有在液體密度恆定不變的條件下才能保證測量的準確性，實際情況液體密度是液體組份和溫度的多元函數，當液體組份和溫度變化會導緻密度改變。
超聲波測量液位的方法比較多，其中應用比較廣泛的是脈衝回波法。超聲波的傳播速度受介質的密度、壓力、溫度、濃度等因素影響。超聲波法液位測量結構簡單，方便安裝及維護，屬於非接觸式測量，可用於有毒、腐蝕性氣體、 高粘性液體的液位測量， 但不宜用於含氣泡或固體顆粒的液體。
光纖液位測量具有靈敏度高、響應速度快、抗電磁幹擾、 耐腐蝕，尤其適用於易燃易爆的惡劣環境，適用於多種液體的液位測量。其缺點是不能探測汙濁液體以及會粘附在測頭表面的粘稠物質的液位。
雷射脈衝法液位測量是將檢測信號施加於安全功率的雷射上，適用在油罐液位測量等易燃易爆的環境，具有很好的安全性，同時無活動部件，維護方便，系統抗幹擾性強，價格相對較低。不足之處，光學鏡頭易受汙染，影響測量結果。
雷達波法測量液位可用於腐蝕性、高黏度和有毒液體的液位以及固體料位的測量，測量裝置沒有可動部件，無測量盲區，雷達波傳播速度取決於介質的相對介電常數和磁導率，因此不受溫度、壓力等影響，屬於非接觸測量，實時性好。不足之處，價格較高。
技術實現要素：
本發明目的在於，針對以上現有技術的不足，設計一種結構簡單，成本低廉，防腐蝕及汙染，測量精度高的非接觸式電容式傳感器液位檢測系統及方法。
本發明目的可以通過以下技術方案實現，一種新型電容式傳感器液位檢測系統，包括：
電容檢測單元：至少具有一個對液位檢測點進行實時電容數據檢測的液位檢測端；
控制晶片單元：用於對電容檢測單元的液位檢測端的環境電容數據及實時電容數據進行多次檢測、比較、並實時進行環境變化的自適應數據反饋，由此得出當前標定液位的狀態，以及是否液體已經到達所標定的液位高度判斷；
輸出顯示單元：用於接受控制晶片單元的信號，給出相應的液位狀態信號；
電源單元：用於為系統提供單利電源；
電容檢測單元與控制晶片單元的檢測信號輸入端相聯接，輸出顯示單元與控制晶片單元的信號輸出端相聯接。
所述的新型電容式傳感器液位檢測系統，其電容檢測單元中設置有用於檢測靈敏度調整的靈敏度調整電容。
所述的新型電容式傳感器液位檢測系統，其系統還包括有存儲單元，用於存儲檢測單元的檢測數據及控制晶片單元的數據。
所述的新型電容式傳感器液位檢測系統，其電容檢測單元的液位檢測端由檢測電極T及電阻R串聯組成，電阻R的另一端接控制晶片單元的檢測信號輸入端。
所述的新型電容式傳感器液位檢測系統，其控制晶片單元是 具有電容檢測功能的控制器或單片機。
所述的新型電容式傳感器液位檢測系統，其輸出顯示單元可以是顯示屏、列印設備、燈光或聲顯設備。
一種新型的電容式傳感器液位檢測方法，其所述方法包括：
1）、首先控制晶片單元設定初始化數據，包括設定：
電容檢測單元的各液位檢測端在無液時的電容數據為無液參比值A，
控制晶片單元判斷液位達標時的固定差值為△Tup，
控制晶片單元判斷液位不達標時的固定差值為△Tdn，
控制晶片單元判斷液位是否要適應環境變化的自適應固定差值為△Tadp；
2）、控制晶片單元判斷存儲器內是否已存儲無液參比值A，若判斷已存儲無液參比值A的數據，則判斷無液參比值A是否在環境變化的固定差值為△Tadp以內，在以內則繼續下一步；若不在以內，則在無液體狀態下，控制晶片單元檢測檢測單元的各檢測端的電容數據，逐一讀取並存儲到存儲器中，設定此數據為無液參比值A；
3）、控制晶片單元調取存儲器中的無液參比值A；
4）、控制晶片單元N次（N>1）檢測檢測單元的各檢測端的電容數據，取其平均值，得到有液參比值B；
5）、比較A和B的大小；
（1）、若A>B：控制晶片單元判斷液位是否已經處於達標狀態，若已處於達標狀態，則返回步驟25；若不處於達標狀態， A-B>△Tup，則系統確認液位滿足達標狀態，輸出對應的液位狀態信號,返回至步驟25；若A-B<△Tadp，則系統用（A+B）/2替代無液參比值A，並存儲，返回至步驟25；若A-B<△Tadp不成立，系統判斷此計數狀態連續出現次數是否超過50次（此檢測次數可以根據實際應用需要進行增加或減少），超過的系統用（A+B）/2替代無液參比值A，並存儲，返回至步驟25；沒有超過的返回至步驟25；
（2）、若A=B：返回至步驟25；
（3）、若A△Tdn，若成立，確認液位不滿足達標狀態，輸出對應的液位狀態信號，返回至④，若不成立返回到步驟25。
所述的電容式傳感器液位檢測方法，其在判斷所述的A>B時，如果連續50次都判斷到A-B既大於自適應固定差值為△Tadp，又小於判斷液位達標的固定差值△Tup時，系統可認為是外界環境(溫度、溼度等環境因素)發生了變化引起可能性比較大的，就將保存的計數值緩慢逼近真實環境值 (即採用（A+B）/2 取代A的值）。說明：此處的A，就是開始的原值A；此處的B即為實時採樣讀取的當前電容值。
本發明所涉及的技術，屬於非接觸測量，檢測是通過電容變化的情況而獲知液位狀態。此電容變化不受液體的密度、化學特性等影響，是一種安全、低成本、實用性高的液位檢測技術。可廣泛使用於帶電解質的任何液位的液位測量，工業，農業，日常生活，都可以使用；無毒無汙染也不受汙染，安全方便。
附圖說明：
圖1為本發明的結構原理示意框圖；
圖2為本發明的電路示意圖；
圖3為本發明的程序框圖。
具體實施例：
如圖1、圖2所示為本發明的結構原理示意框圖；包括電容檢測單元10、控制晶片單元11、輸出顯示單元12、數據存儲單元13及電源單元14。 其中數據存儲單元，是根據不同的控制器本身的特性而做相應的調整，即有的控制器本身含有EEPROM單元，則無需外掛額外的EEPROM; 而如果所選取的控制器本身不具有EEPROM單元，則必須外掛單獨的EEPROM晶片。
電容檢測單元10設有多個對液位檢測點進行實時電容數據檢測的液位檢測端T1、T2、T3-----Tn,其檢測端的多少根據液位檢測點來確定。液位檢測端T1、T2、T3-----Tn分別通過電阻Ｒ１、Ｒ2、Ｒ3-----Ｒn與控制晶片單元11的檢測信號輸入端SENS1、 SENS2、
SENS3----- SENSn相接。檢測電極T的構成，具體的方法就是構成能夠隨液位變化而產生電容變化的部件，可以是PCB板上的銅箔，也可以是外接金屬導體，或者其他能隨液位變化而產生電容量變化的任何具有導電性的材料。基本原理是：當無液體時，電容的讀數值相對穩定並比較大，當有液體到達檢測電極對應高度時，該電極的電容讀數值是減小的，故而只需要監測該電極的電容讀數的變化，即可判定液位是否達標，從而達到液位狀態指示或者液位定量指示的目的。
為了準確的判斷液位達標時的固定差值，在系統初始化時，可通過調節電容Ｃ2設定適應的液位達標時的固定差值△Tup。
圖2中Ｃ1為濾波電容，本實施例中，控制晶片單元11選擇型號為ADATW08ＩＣ晶片。用於對電容檢測單元10的液位檢測端環境電容數據及實時電容數據進行多次檢測、比較、並實時進行環境變化的自適應數據反饋，由此得出當前定點液位的狀態，是否液體已經到達定點處的液位高度判斷。
輸出顯示單元12的輸入端分別接控制晶片單元11的信號輸出端IO1、 IO2、 IO3、---- IOn，控制晶片單元11的信號輸出端連續輸出液位的數據結果，可以以各種被需要的數據形式輸出。比如IIC方式、串口方式、TTL電平方式等。
其輸出顯示單元12，可以是顯示屏、列印設備、燈光或聲顯設備的一種或多種。
如圖3所示，為本發明的程序框圖。圖中步驟20開始，上電，整個系統準備啟動，步驟21對本控制器的系統進行初始化，同時找準無液參比值A或準備無液參比值A的獲取。步驟22是判斷當前是否需要環境校正動作，若需要，步驟23進行環境校正，然後進入步驟25的正式液位檢測環節。若不需要校正環境值，則進入24直接獲取無液參比值A，此數據A非常重要。步驟26對數據A和數據B進行比較運算，同時啟動對參考數據的自適應補償運算，以確保環境數據與液位數據之前有相對準確的數學關係。
在A>B及A<B比對時，查看液位是否已經處於達標狀態，通常軟體內會設置液位達標狀態標誌位來指示液位所處的狀態，當液位達標判斷條件滿足時，就會將液位達標狀態標誌位置1，否則清0。查看液位達標狀態就是通過查詢液位達標狀態標誌位來實現的。
在A<B比對時，用(A+B)/2替代A,作為保存值，返回至25，是適應環境，使保存的計數值以相對較慢的速度逼近真實讀數，其作用主要是在一定程度上區分液位緩慢增加和環境的緩慢變化。
△Tup是判斷液位達標時的固定差值，該差值由初始化時設定，可通過調節電容C2對軟體設定適應。
△Tdn是判斷液位不達標時的固定差值，該差值由初始化時設定，可通過調節電容C2對軟體設定適應。
△Tadp是判斷是否要適應環境變化的固定差值，該差值由初始化時設定，可通過調節電容C2對軟體設定適應。
在程序此計數狀態連續出現次數是否超過50次（此檢測次數可以根據實際應用需要進行增加或減少）中，如果連續50次都判斷到(A-B)大於自適應固定差值，又小於判斷液位達標的固定差值，那麼可認為是外界環境(溫度、溼度等環境因素)發生了變化引起可能性比較大的，就將保存的計數值緩慢逼近真實環境值。