[發明專利]一種水位檢測系統

在審

• 申請號: 201510836577.0
• 申請日: 2015-11-26
• 公開（公告）號: CN106802176A
• 公開（公告）日: 2017-06-06
• 發明（設計）人: 蔡浩原;方東明;黃輝;曹天揚;劉昶
• 申請（專利權）人: 中國科學院電子學研究所
• 主分類號: G01F23/14
• 分類號: G01F23/14
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司11021
• 代理人: 宋焰琴

技術領域

本發明涉及傳感技術領域，特別是一種水位檢測系統。

背景技術

水位檢測系統用于測量容器內的水位高度。例如洗衣機在注水時，可以通過水位檢測系統來測定洗衣桶內的水位高度。目前普遍使用的洗衣機水位檢測系統采用如圖圖1所示的結構。

參考圖1，洗衣桶底部通過軟管連接到水位傳感器，構成一個連通器的結構。當洗衣桶內水位變化時，會引起水位傳感器底部的氣室內氣壓的變化，進而造成橡膠隔膜的上下移動，在橡膠隔膜上連接了一個磁芯圓柱體，磁芯圓柱體放置于一個電感線圈的中心。當該磁芯圓柱體在橡膠隔膜的牽引下上下移動時，電感線圈的電感量L發生變化，通過一個LC振蕩頻率電路檢測諧振頻率F的變化。水位高度H和諧振頻率F有一個單調的函數關系，從而實現水位高度的檢測。

但是現有技術中水位傳感器存在以下技術缺陷：

1)個體差異大。每個傳感器的水位高度H和諧振頻率F的關系曲線都不相同，差異較大，導致測量得到的水位誤差較大。

2)水位高度與諧振頻率F呈非線性關系。在水位較高時，橡膠隔膜接近形變臨界值，形變幅度減小，因此，水位越高，檢測誤差越大。

發明內容

有鑒于此，本發明提出了一種水位檢測系統，以解決水位測量誤差較大的問題。

本發明提出的一種水位檢測系統，其包括：

待測水位容器，用于存儲一定體積的液體；

導管，其一端與密閉氣室連通，另一端與所述待測水位容器連通；

密閉氣室，其進氣孔與所述導管相連，該密閉氣室的頂部與所述待測水位容器的頂部平齊；當待測水位容器中的水位發生改變時，密閉氣室中的氣壓也會發生改變，通過測量密閉氣室中氣壓的變化，能夠推算出所述待測水位容器中液體的高度；

防水透氣隔膜，位于導管與密閉氣室的接口處，能夠允許氣體分子通過，阻止水分子透過，以保證密閉氣室內的氣壓與導管內氣壓相等，但又起到防水的作用；

壓力檢測模塊，置于密閉氣室，用于測量所述密閉氣室內的氣壓。

本發明提出的上述水位檢測系統與現有技術方案相比，具有以下優點：

1)采用微機電系統(mems)批量化加工工藝制備而成的氣壓傳感器對水壓進行檢測，解決了現有技術方案個體差異大，無法滿足精度要求等缺點；

2)通過差壓測量法，雙傳感器測量法和動態調零法等不同方法，消除了外部氣壓波動對于測量值的影響，能夠獲得更好的測量量程和線性度。

附圖說明

圖1為現有技術中洗衣機水位檢測系統的二工作原理圖；

圖2為本發明實施例中水位傳感器的簡化模型示意圖；

圖3為本發明實施例中水位傳感器的簡化模型的理論計算結果示意圖；

圖4為本發明實施例中水位傳感器的工作原理圖；

圖5為本發明第一實施例中水位傳感器的差壓測量方法示意圖；

圖6為本發明第二實施例中水位傳感器的差壓測量方法示意圖；

圖7為本發明第三實施例中水位傳感器的絕壓測量方法示意圖；

圖8絕對壓力采集模塊的系統框圖。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發明作進一步的詳細說明。

本發明提出一種基于壓力傳感器的水位傳感器，具有結構簡單，測量線性好，一致性高等優點。

下面對本發明的技術方案做進一步詳細描述。

水位檢測可以抽象為圖1所示的模型。其中，左邊為待檢測水位高度的待測容器，y為待測水位高度，右邊為通過導管與所述待測容器聯通的密閉氣室，x為所述密閉氣室中的水位高度，a是水位的基準平面，b是右側腔室的水平面，d是右側腔室的直徑。右邊密閉氣室中的氣壓P1與大氣壓P0，水柱壓強Pwater之間的關系如下式：

P1＝P0+Pwater＝P0+Rho*g*(y-x)(1)

其中，Rho為水的密度，g是重力加速度。通過計算可以得知，

其中h是右邊密閉氣室的高度，R是理想氣體常數，v0是密閉氣體體積。圖3繪制了上述模型在水位高度y＝0～0.5米范圍內與P1的關系曲線圖。

計算表明，在0～0.5米高度范圍內，洗衣機水位y和密閉氣室氣壓P1之間遵循良好的線性關系。說明可以通過測量P1來返算水位高度y。

基于此，本發明提出了一種水位檢測系統。如圖4所示，所述水位檢測系統包括：