专利名称：水位测量装置以及水位测量、校正方法
技术领域：
本发明涉及 一 种水位测量装置及水位测量、校正方法。
背景技术：
储水式家电产品，如太阳能热水器等，需要对水箱里的水温和水 位进行检测和控制。这类家电产品对水位检测装置的测量精度有比 较高的要求。
目前主要有两种类型的用于水位检测的水位传感器， 一种是电容 式液位传感器，该种液位传感器的金属管与接线盒连接，其测量电 路采用交流桥式电路和起振等模拟电路。这种水位传感器容易受导 线长短和气候的影响，使得信号质量差、测量精度不高。
另一种是电阻式温度液位测量装置，这种传感器只有少数几个极 点，所以只能送出分段信号，不能获得连续精确的水位值。
这两种传感器都要求水箱中的水带电，这样就使得传感器表面容 易结垢，水垢容易引起各种故障。并且，水质等环境因素会影响传 感器的通用性。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种水位测量装置，利用该装置、使 用包括该装置的设备以及水位测量校正方法能够减少环境因素的影 响，获得连续精确的水位值。
本发明提供的水位测量装置，包括电极部分和信号处理单元； 电极部分包括 一个接地的参考电极101, —个测量电极102和一个 校正电极103 ，所述参考电极101的长度与测量电极102的长度相等， 所述校正电极103的长度小于参考电极101的长度，三个电极中每一个的至少一端部相互平齐地相互固定；与电极部分电连接的信号 处理单元，用于向测量电才及102和校正电极103加载固定频率信号， 并根据检测到参考电极101与测量电极102之间的频率衰减信号确 定水位值。
其中，所述信号处理单元包括检测信号产生单元301,用于产 生加载于测量电极102、校正电极103的固定频率信号；水位信号检 测单元302,用于检测测量电极102与参考电极101之间的频率衰减 信号，并把该衰减信号转换为数字信号；检测信号转换单元304,用 于把接收到的数字信号转换为水位值；所述检测信号产生单元301 与测量电极102、校正电极103相连接，水位信号检测单元302与测 量电极102、校正电极103和参考电极101相连接；检测信号转换单 元304与水位信号检测单元302连接。
其中，还包括控制单元，用于显示信号处理单元得到的水位值， 以及根据所述水位值发出控制指令。
此外，所述控制单元包括检测信号传输单元305和控制信号输 出单元306,其中，检测信号传输单元305，用于把测量到的水位值 传输给信号输出单元306;控制信号输出单元306,用于显示水位值， 并根据得到的水位值发出控制指令。
其中，所述电极表面包覆耐高温、耐腐蚀的绝缘材料105。
另外，所述电极相互固定连接的端部处设有封装件106。
较佳的，所述电极由金属材料制成，并由支撑架相互相间地固定， 所述支撑架为卡扣104。
本发明提供的使用水位测量装置测量水位的方法，包括产生固 定频率信号加载于测量电极、校正电才及；4全测测量电极与参考电极 之间的频率衰减信号，并把该衰减信号转换为数字信号；根据单位 距离水位变化值与衰减信号的对应关系，将接收到的数字信号转换 为水位值。
本发明提供的使用水位测量装置校正水位的方法，包括比较最 低检测水位测量值与预存的最低检测水位参数值；当最低检测水位测量值与预存的最低检测水位参数值的差的绝对值大于零，则存储
最低检测水位测量值，替换预存的最低检测水位参数值；
比较警戒水位测量值与预存的警戒水位参数值；当警戒水位测量
值与预存的警戒水位参数值的差的绝对值大于零，则存储警戒水位
测量值，替换预存的警戒水位参数值；
根据校正的最低检测水位值和警戒水位值，计算出最低检测水位
和警戒水位之间单位距离水位变化值，替换预存的最低检测水位和
警戒水位之间单位距离水位变化参数值。
由此可以看出，利用本发明提供的水位测量装置以及水位测量、
校正方法能够减少环境因素，尤其是水质的影响，获得连续精确的
水位值。
图1为水位测量装置电极结构原理图； 图2为水位测量装置原理图； 图3为水位测量装置电极位置示意图； 图4为水位校正流程图。
具体实施例方式
图1示出了水位测量装置电极结构原理图，如图l所示，本发明 提供的水位测量装置的电极部分结构包括电极和导线107。
所述电极部分包括一根接地的参考电极101,—根测量电极102, 一根校正电极103，其中参考电极101长度和测量电极102长度相同， 校正电极103长度小于参考电极101长度。所述电极的长度可以根 据水容器的大小来确定。三根电极的顶端相互平齐由位于电极顶端
封装件106固定在一起。
所述电极采用金属电极，为了防止金属电极表面产生水垢，在金 属电极表面包裹耐高温、腐蚀的绝缘材料105。为了防止水接触金属 电极和导线107,封装件106也同样采用耐高温、腐蚀的绝缘材料105,例如可以采用硅月交。
此外还包括支撑架，用于固定三根电极之间的距离。所述支撑架 可以由三个卡扣104组成， 一只卡扣104位于电;f及顶端封装部106 处， 一只位于校正电极103的底部， 一只位于参考电极101和测量 电极102的底部。固定三根电极彼此之间距离可以保证电极间电容 参数的一致，确定水位变化量是排除水质、温度影响外的唯一影响 电极间电容值的参数。
为实现对水温的测量，也可以将温度传感器(图中未示出)嵌套 在校正电极103里面。
图2为水位测量装置原理图，参考图2所示，本发明提供的水位 测量装置包括电连接的电极部分、信号处理单元和控制单元。将 信号处理单元与控制单元分离，有利于减少信号传输过程中的衰减 对测量精度的影响。
其中，电极部分用于检测水位；信号处理单元用于将水位测量装 置检测到的信号处理成水位值；控制单元用于根据从信号处理单元 接收到的信号显示具体的水位值，以及根据水位值控制相应部件。
所述信号处理单元包括检测信号产生单元301、水位信号检测 单元302和检测信号转换单元304,还可以包括与温度传感器连接的 温度信号检测单元303;其中，
所述一全测信号产生单元301与测量电极102、才交正电极103和地 相连接，水位信号检测单元302与测量电极102、校正电极103和参 考电极101相连接；参考电极101还与地连接。水位信号检测单元 302和温度信号检测单元303均与检测信号转换单元304连接。
检测信号产生单元301,用于产生固定频率信号，并给测量电极 102、校正电极103加载该固定频率信号，随着水位的变化，参考电 极101和测量电极102之间、参考电极101和校正电极103之间的
电容值随之变化，使得该频率信号产生一定的衰减；
水位信号检测单元302,用于检测测量电极102与参考电极101 之间的频率衰减信号，通过调节、滤波、数模转换过程把该频率衰
7减信号转换为数字信号；
温度信号检测单元303,用于把温度传感器的参数值通过滤波、 数模转换过程转换为数字信号；
检测信号转换单元304,用于把接收到的水温信号转换为水温 值，根据接收到的频率衰减信号对应的数字信号确定出水位值。
其中，所述控制单元包括检测信号传输单元305和控制信号输出 单元306。检测信号传输单元305,用于把水温值、水位值传输给控 制信号输出单元306。
控制信号输出单元306，用于显示水温值、水位值，并根据接收 到的水位值、水温值发出控制指令，控制相应部件，如水阀，电源 等部件。
图3为水位测量装置电极位置示意图，如图所示包括一根接地的 参考电极IOI, —根测量电极102， 一根校正电极103，其中参考电 极101长度和测量电极102长度相同，校正电极103长度小于参考 电极101长度。三根电极的顶端相互平齐。A点为最高水位，B点 为最低水位检测，C点为警戒水位。
图4为水位校正流程图，下面参考图3和图4详细介绍本发明提 供的水位检测装置进行水位校正的过程。
步骤401,判断水位是否到达B点。当水箱中的水位到达B点之 前时，参考电极101与测量电极102之间没有电容，对测量电极102 和校正电极103间加载的固定频率信号不会产生影响，当检测到测 量电极102与参考电极101之间的频率衰减信号，参考电极101与 测量电极102之间产生电容，则判断水位到达B点。水位没有达到 B点则重复进行判断。
步骤402，水位达到B点则比较B点测量值与预存B点参数值 是否相同。信号处理部分将测量电极102和参考电极101输出的信 号转换成相应的数字信号，控制部分将接收到的数字信号转换水位 测量值，将该值与预先存储的B点的参数值(可以是通过测量各种 不同水质得到的实验数据中间值)进行比较，相同则进入步骤404,不相同则进入步骤403。
步骤403,存储B点测量值，替换掉预存的参数值。 步骤404，判断水位是否达到C点；当检测到测量电极102与参 考电极101之间的频率衰减信号，参考电极101和校正电极103产 生电容，水位达到C点。当水位没有达到C点则重复进行判断。
步骤405,水位达到C点则比较C点测量值与预存的C点参数 值是否相同。信号处理部分将测量电极102和参考电极101输出的 频率衰减信号转换成相应的数字信号，并根据数字信号确定出水位 测量值，控制部分将该值与预先存储的C点的值(可以是通过测量 各种不同水质得到的实验数据中间值)进行比较，相同则进入步骤 407，不相同则进入步骤406。
步骤406,存储C点测量值，替换掉预存的参数值； 步骤407，根据校正后的B、 C点的数值，计算出B、 C点单位 距离水位数值。
下面结合图1、图2和图3对本发明提供的水位测量装置应用于 太阳能热水器水箱的水位测量过程进行介绍。检测信号产生单元301 产生固定频率信号，测量电极102、校正电极103接收该固定频率信 号，当水箱中的水位到达B点之前时，参考电极101与测量电极102 之间没有电容，对加载的信号不会产生影响。水位逐渐上升到B点 以上，参考电极101和测量电极102、参考电极101和校正电极103 之间的电容值也随之变化，使加载的固定频率信号产生 一 定的衰减。 测量电极102和参考电极101输出相应的信号，水位信号检测单元 302检测该频率衰减信号，通过调节、滤波、数模转换过程把该频率 衰减信号转换为数字信号；检测信号转换单元304根据接收到的频 率衰减信号所对应的数字信号，根据B、 C之间单位距离水位变化参 数值计算得出水位值。检测信号传输单元305把计算得出的水位值 传输给控制信号输出单元306。控制信号输出单元306把接收到的水 位值显示出来。
当水位到达C点，控制单元根据水箱的型号来决定是否关闭水阀或者延迟一定的时间关闭水阀。从而通过校正电极103来减少因 水质不同对水位测量的影响，确保水位检测的准确性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明， 凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进 等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种水位测量装置，其特征在于，包括电极部分和信号处理单元；电极部分包括一个接地的参考电极(101)，一个测量电极(102)和一个校正电极(103)，所述参考电极(101)的长度与测量电极(102)的长度相等，所述校正电极(103)的长度小于参考电极(101)的长度，三个电极中每一个的至少一端部相互平齐地相互固定；与电极部分电连接的信号处理单元，用于向测量电极(102)和校正电极(103)加载固定频率信号，并根据检测到参考电极(101)与测量电极(102)之间的频率衰减信号确定水位值。
2. 根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述信号处 理单元包括检测信号产生单元(301),用于产生加载于测量电极(102)、校正 电极(103)的固定频率信号；水位信号检测单元(3 02),用于检测测量电极(102)与参考电极 (IOI)之间的频率衰减信号，并把该衰减信号转换为数字信号；检测信号转换单元(304),用于把接收到的数字信号转换为水位值；所述检测信号产生单元(301)与测量电极(102)、校正电极(103)相 连接，水位信号检测单元(302)与测量电极(102)、校正电极(103)和参 考电极(101)相连接；检测信号转换单元(304)与水位信号检测单元 (302)连接。
3. 根据权利要求1或2所述的测量装置，其特征在于，还包括 控制单元，用于显示信号处理单元得到的水位值，以及根据所述水 位值发出控制指令。
4. 根据权利要求3所述的测量装置，其特征在于，所述控制单 元包括检测信号传输单元(305)和控制信号输出单元(306)，其中，检测信号传输单元(305)，用于把测量到的水位值传输给控制信号输出单元(306);控制信号输出单元(306),用于显示水位值，并根据得到的水位 值发出控制指令。
5. 根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述电极表 面包覆耐高温、耐腐蚀的绝缘材料(105)。
6. 根据权利要求5所述的测量装置，其特征在于，所述电极相 互固定连接的端部处设有封装件(106)。
7. 根据权利要求6所述的测量装置，其特征在于，所述电极由 金属材料制成，并由支撑架相互相间地固定，所述支撑架为卡扣(104)。
8. —种根据权利要求1所述水位测量装置的水位测量方法，其 特征在于，包括产生固定频率信号加载于测量电极、校正电极； 检测测量电极与参考电极之间的频率衰减信号，并把该衰减信号 转换为数字信号；根据单位距离水位变化值与衰减信号的对应关系，将接收到的数字信号转换为水位值。
9. 一种根据权利要求1所述水位测量装置的水位校正方法，其 特征在于，包括比较最低检测水位测量值与预存的最低检测水位参数值；当最低 检测水位测量值与预存的最低检测水位参数值的差的绝对值大于 零，则存储最低检测水位测量值，替换预存的最低检测水位参数值；比较警戒水位测量值与预存的警戒水位参数值；当警戒水位测量 值与预存的警戒水位参数值的差的绝对值大于零，则存储警戒水位 测量值，替换预存的警戒水位参数值；根据校正的最低检测水位值和警戒水位值，计算出最低检测水位 和警戒水位之间单位距离水位变化值，替换预存的最低检测水位和 警戒水位之间单位距离水位变化参数值。
全文摘要
本发明提供了一种水位测量装置，包括电极部分和信号处理单元；电极部分包括一个接地的参考电极，一个测量电极和一个校正电极，所述参考电极的长度与测量电极的长度相等，所述校正电极的长度小于参考电极的长度，三个电极中每一个的至少一端部相互平齐地相互固定；与电极部分电连接的信号处理单元，用于向测量电极和校正电极加载固定频率信号，并根据检测到参考电极与测量电极之间的频率衰减信号确定水位值。本发明还提供了一种水位测量方法和水位校正方法。使用本发明能够减少环境因素的影响，获得连续精确的水位值。
文档编号G01F23/22GK101672681SQ20081021191
公开日2010年3月17日 申请日期2008年9月10日 优先权日2008年9月10日
发明者王世超, 王江廷, 东 葛, 陈艳丽 申请人:海尔集团公司;青岛海尔科技有限公司