液位检测装置和方法与流程

本发明涉及液位检测技术领域，特别是涉及液位检测装置和方法。

背景技术：

一般液位检测技术包括如下几种：一是标尺测量法、二是流量计测量法、三是内置浮球式测量法、四是电容感应式测量法。

其中，标尺测量法是指在容器上标刻度进行测量，当要测量容器内液位高度时，可以通过刻度标尺直接读出容器液位的高度。但该方法需要预先在容器上标上刻度，使用不便，同时无法应用到液位检测的智能控制中。

流量计方式是指在容器的出水通道中安装流量计，通过释放液体来计量容器内液体容积，并根据容器的截面积反算出液位高度。但该方法使用过程复杂，不能直接获取液位高度实、成本高、实用价值低。

内置浮球方式通过在容器内部安装浮球，并结合杠杆或感应开关，当浮球跟随液位到达特定位置时，相关的器件会出现信号变化，从而测量出液位高度，但该方法能测量的液位高度点单一，无法做到多点连续测量。

电容感应方式在容器的外壳安装电容感应控制板，利用液位高度变化时容器电容值也同时变化的特性进行液位高度测量。但电容感应控制板安装在容器外侧测量精度低，而且只能测量单点的液位高度，无法做到多点的连续测量。

技术实现要素：

基于此，有必要针对上述问题，提供一种测量精度高、且能够多点连续测量液体高度的液位检测装置和方法。

一种液位检测装置，包括：

容器，用于容置导电液体；

隔板，将所述容器分隔成成竖直排列的第一容置腔和第二容置腔，所述第一容置腔位于所述容器的底层，所述第二容置腔位于所述容器的顶层；所述导电液体充满所述第一容置腔，且部分所述导电液体位于所述第二容置腔；

第一电极对，竖直放置在所述第一容置腔中且与所述容器的底部接触，并延伸至所述隔板；

第二电极对，竖直放置在所述第二容置腔中且与所述隔板抵接，位于所述第一电极对的延伸方向上并延伸至所述容器的顶部，所述第二电极对与所述第一电极对电连接；

主控器，分别与所述第一电极对、第二电极对电连接；所述主控器用于测量所述第一电极对的第一电压值Uf和第二电极对的第二电压值Ux，并根据以下公式计算所述第二容置腔导电液体的高度Hx：

Hx＝Hf×Uf/Ux

其中，Hf表示所述隔板距离所述容器底部的高度。

此外，还提供一种液位检测方法，基于上述基于液位检测装置，所述方法包括：

注入导电液体，使所述导电液体充满所述第一容置腔，部分所述导电液体位于所述第二容置腔；

获取所述第一容置腔导电液体的高度Hf；

采集所述第一电极对的第一电压值Uf、所述第二电极对的第二电压值Ux；

根据以下公式计算所述第二容置腔导电液体的高度Hx：

Hx＝Hf×Uf/Ux

其中，Hf表示所述隔板距离所述容器底部的高度。

上述液位检测装置和方法，主控器分别与所述第一电极对、第二电极对电连接；所述主控器用于测量所述第一电极对的第一电压值Uf和第二电极对的第二电压值Ux，并根据以下公式计算所述第二容置腔导电液体的高度Hx：Hx＝Hf×Uf/Ux。其中，Hf表示所述隔板距离所述容器底部的高度。其中，第一容置腔导电液体的高度为隔板距离所述容器底部的高度，第二容置腔导电液体的高度为第二容置腔中导电液体距离隔板的高度。通过获得隔板距离所述容器底部的高度，即能计算出第二容置腔中导电液体的高度。通过上述液位检测装置，即计算出第二容置腔中导电液体的任意高度，其成本低、测量精度高、效率高。

附图说明

图1为计算导电固体内阻的模型图；

图2为计算导电液体内阻的模型图；

图3为一实施例中液位检测装置的结构图；

图4为一实施例中液位检测装置的等效原理结构图；

图5为一实施例中主控器的控制原理图；

图6为一实施例中主控器的控制原理图；

图7为又一实施例中液位检测装置的等效原理结构图；

图8为再一实施例中液位检测装置的等效原理结构图；

图9为一实施例中液位检测方法流程图；

图10为又一实施例中液位检测方法流程图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

参考图1，内阻的计算公式为R＝ρL/S，其中ρ是导体内阻率，S是导体截面积，L是导体的长度。

参考图2，在容器中相对的内壁上分别设有电极板1和电极板2，往容器中注入导电液体，则电极板1和电极板2之间导电液体的内阻R可以表示为：

R＝ρ×L/S 式1-1

式中，ρ为液体内阻率，L为电极板1和电极板2之间的间距，S为导电液体的截面积。其中，导电液体的截面积S＝a×H；a为电极板的宽度，H为导电液体的高度。将导电液体的截面积公式带入公式1-1中，即可计算出导电液体的高度H。导电液体的高度H可以表示为：

H＝ρL/(a×R) 式1-2

在一实施例中，一种液位检测装置，参考图3，液位检测装置包括容器10、隔板110、第一电极对120、第二电极对130以及主控器20。其中，容器10用于容置导电液体。隔板110将所述容器10分隔成竖直排列的第一容置腔和第二容置腔，所述第一容置腔位于所述容器10的底层，所述第二容置腔位于所述容器10的顶层。所述导电液体充满所述第一容置腔，将第一容置作为参考容置腔。部分所述导电液体位于所述第二容置腔。第一电极对120，竖直放置在所述第一容置腔中且与所述容器10的底部接触，并延伸至所述隔板110。第二电极对130，竖直放置在所述第二容置腔中且与所述隔板110抵接，位于所述第一电极对120的延伸方向上并延伸至所述容器10的顶部，所述第二电极对130与所述第一电极对120电连接。

主控器20，分别与所述第一电极对120、第二电极对130电连接。所述主控器用于测量所述第一电极对的第一电压值Uf和第二电极对的第二电压值Ux，并根据以下公式计算所述第二容置腔导电液体的高度Hx：Hx＝Hf×Uf/Ux。其中，第一容置腔导电液体的高度Hf为隔板110距离所述容器10底部的高度，第二容置腔导电液体的高度Hx为第二容置腔中导电液体距离隔板110的高度。通过获得隔板110距离所述容器10底部的高度，即能计算出第二容置腔中导电液体的高度。通过上述液位检测装置，即计算出第二容置腔中导电液体的任意高度，其成本低、测量精度高、效率高。

其中，第一电极对120包括第一电极板121和第二电极板123，所述第一电极板121与所述第二电极板123的高度相同。第二电极对130包括第三电极板131和第四电极板133，第三电极板131和第四电极板133的高度相同。所述第三电极板131位于所述第一电极板121的延伸方向上，所述第四电极板133位于所述第二电极板123的延伸方向上。

其中，第一电极板121与第三电极板131的形状相同或相似，第二电极板123与第四电极板133的形状相同或相似。或者，第一电极板121、第二电极板123、第三电极板131和第四电极板133均相同或相似。

在一实施例中，容器10为长方体。所述第一电极板121、第二电极板123、第三电极板131和第四电极板133均为矩形。所述第一电极板121贴附于所述容器10的第一内壁上，所述第二电极板123与所述第一电极板121平行设置，且贴附于与所述第一内壁相对设置的第二内壁上。第三电极板131贴附于所述第二容置腔的第一内壁上，且位于所述第一电极板121的延伸方向上；所述第四电极板133贴附于所述第二容置腔的第二内壁上，且位于所述第二电极板123的延伸方向上。

在一实施例中，第一电极板121完全覆盖第一容置腔的第一内壁，第二电极板123完全覆盖第一容置腔的第二内壁；第三电极板131完全覆盖第二容置腔的第一内壁，第四电极板133完全覆盖第二容置腔的第二内壁。

参考图4，当容器10中注入导电液体后，使其导电液体充满第一容置腔，并使导电液体位于第二容置腔中。其中，隔板110距离所述容器10底部的高度Hf为已知参数，设第一电极板121、第二电极板123之间导电液体的内阻为Rf，则第一容置腔内的导电液体的高度可以表示为：

Hf＝ρL1/(a1×Rf) 式1-3

式中，L1表示第一电极板121、第二电极板123之间的间距；a1表示第一电极板121的宽度。也即，第一电极对120相当于参考电极对，其第一容置腔相当于参考水箱。第一容置腔内的导电液体的高度Hf为隔板110距离所述容器10底部的高度Hf，也可以为第一电极对120的高度。

同理可知，设第三电极板131、第四电极板133之间导电液体的内阻值Rx，则位于第二容置腔内的导电液体的高度Hx可以表示为：

Hx＝ρL2/(a2×Rx) 式1-4

式中，L2表示第三电极板131、第四电极板133之间的间距；a2表示第三电极板131的宽度。由于第一电极板121、第二电极板123之间的间距L1与第三电极板131、第四电极板133之间的间距L2相等，即L1＝L2；第一电极板121、第二电极板123、第三电极板131、第四电极板133的宽度均相等，即a1＝a2。用式1-4比式1-3，可以得出下面关系：

Hx＝Hf×Rf/Rx 式1-5

在一实施例中，所述第一电极板121的宽度与第三电极板131的宽度相同，第二电极板123与第四电极板133的宽度相同。其中，第一电极板121、第三电极板131的宽度小于容器10的第一内壁的宽度。第二电极板123、第四电极板133的宽度也可以小于容器10的第一内壁的宽度。

因隔板110距离所述容器10底部的高度Hf为已知参数，只要计算出第一电极对120、第一电极对120的内阻的阻值比:Rf/Rx，就可以计算出第二容置腔内的导电液体的高度Hx。

在一实施例中，所述主控器20分别与所述第一电极板121、第三电极板131、第四电极板133电连接；所述第四电极板133、第二电极板123电连接，所述主控器用于测量所述第一电极对120、第二电极对130的电压值。主控器20将第一电极对120、第二电极对130串联起来，形成回路，并在主控器20的输出端A、输出端B输出电压信号，并在输出端A、输出端B形成压降，参考图5。通过主控器20分别采集输出端A、输出端B、输入端C的电压值U_A、U_B、U_C。第一容置腔内的导电液体内阻Rf两端的电压Uf＝U_C-U_B；第二容置腔内的导电液体内阻Rx两端的电压Ux＝U_A-U_C。内阻Rf、Rx串联在回路中，可得出：

Uf/Ux＝Rf/Rx 式1-6

代入到式1-5，得:

Hx＝Hf×Uf/Ux＝Hf×[(U_C-U_B)/(U_A-U_C)]) 式1-7

根据公式1-6即可计算出第二容置腔内的导电液体的高度Hx，则容器10内导电液体的总高度h＝Hf+Hx。

进一步地，根据容器10的底面积s即可计算出容器10内导电液体的体积V＝s×h。通过上述装置也可以高效、精准的检测容器10内的体积。

在一实施例中，所述第一电极板121、第三电极板131通过所述隔板110绝缘设置，所述第二电极板123、第四电极板133通过所述隔板110绝缘设置。隔板110为绝缘隔板110，起到隔离第一容置腔、第二容置腔内导电液体的作用。在一实施例例中，隔板110上还是有通孔111，便于第二容置腔的导电液体流向第一容置腔。由于其通孔111的尺寸较小，对测试第一电极对120、第二电极对130的电压使造成的影响可以忽略不计。

在一实施例中，在所述第一容置腔的侧壁上设有第一导流口(图中未示)，在所述第二容置腔的侧壁上设有第二导流口；所述第一导流口和第二导流口通过导管连接，能够将所述第二容置腔内的导电液体导流至所述第一容置腔，并充满所述第一容置腔。

在一实施例中，参考图6，所述第一电极板121、第三电极板131一体化设置，所述第二电极板123、第四电极板133通过所述隔板110绝缘设置。

在一实施例中，所述第一电极板121、第三电极板131通过所述隔板110绝缘设置，所述第二电极板123、第四电极板133一体化设置。

将第一板、第三电极板131一体化设置或将第二电极板123、第四电极板133一体化设置可以减少连接线，优化上述装置中的内部线路，同时也节约了成本。

在一实施例中，所述容器10为圆环柱体，参考图7和图8，所述导电液体容置在环形柱体的空腔中。所述第一电极板121、第二电极板123、第三电极板131、第四电极板133均为圆环状。所述第一电极板121贴附于所述容器10与所述导电液体接触的第一环壁上，所述第二电极板123贴于所述容器10与所述导电液体接触的第二环壁上。所述第三电极板131贴附于所述第一环壁上且位于所述第一电极板121的延伸方向上，所述第四电极板133贴于所述第二环壁上位于所述第二电极板123的延伸方向上。

参考上述原理，即可得出：

Hx＝Hf×Uf/Ux＝Hf×[(U_C-U_B)/(U_A-U_C)])

其中，Hx表示第二容置腔内导电液体距离隔板110的距离，也即导电液体在第二容置腔的实际高度。Hf为第一电极对120的高度，也即隔板110距离容器10底部的高度。通过主控器20也可以测出第一电极对120的电压值Uf、第二电极对130的电压值Ux。在已知参数第一电极对120的高度Hf、第一电极对120的电压值Uf、第二电极对130的电压值Ux的情况下，即可计算出第二容置腔内的导电液体的实际高度Hx。

计算出第二容置腔内的导电液体的高度Hx，则容器10内导电液体的总高度h＝Hf+Hx。

进一步地，根据容器10的底面积s即可计算出容器10内导电液体的体积V＝s×h。通过上述装置也可以高效、精准的检测容器10内的体积。

在一实施例中，所述第一电极板121、第三电极板131可以一体化设置，所述第二电极板123、第四电极板133通过所述隔板110绝缘设置。在一实施例中，所述第一电极板121、第三电极板131通过所述隔板110绝缘设置，所述第二电极板123、第四电极板133也可以一体化设置。将第一板、第三电极板131一体化设置或将第二电极板123、第四电极板133一体化设置可以减少连接线，优化上述装置中的内部线路，同时也节约了成本。

上述液位检测装置可应用于饮水机、咖啡机、豆浆机、搅拌机、电热水器等需要测量液体高度的产品中。

一种液位检测方法，基于液体测量装置，所述测量装置包括容器，以及设置在所述容器内的隔板、第一电极对、第二电极对和主控器。其中，隔板将所述容器分隔成成竖直排列的第一容置腔和第二容置腔。所述第一容置腔位于所述容器的底层，所述第二容置腔位于所述容器的顶层。所述导电液体充满所述第一容置腔，且部分所述导电液体位于所述第二容置腔。所述第一电极对竖直设置在所述第一容置腔中，所述第二电极对设置在所述第二容置腔中，所述主控器分别与所述第一电极对、第二电极对电连接，所述第二电极对与所述第一电极对电连接。

在一实施例中，参考图9，所述液位检测方法包括：

步骤S110：注入导电液体，使所述导电液体充满所述第一容置腔，部分所述导电液体位于所述第二容置腔。

将隔板、第一电极对、第二电极对设置在容器的相关位置，并往容器中注入导电液体，并使导电液体充满第一容置腔，并漫过隔板使其部分导电液体位于第二容置腔中。

步骤S120：获取所述第一容置腔导电液体的高度Hf。

获取所述第一容置腔导电液体的高度Hf，因为导电液体充满第一容置腔，也即第一容置腔导电液体的高度为隔板距离容器底部的距离，也为第一电极对的高度。

步骤S130：采集所述第一电极对的第一电压值Uf、所述第二电极对的第二电压值Ux。

其中，第一电极对包括第一电极板和第二电极板，所述第一电极板与所述第二电极板的高度相同。第二电极对包括第三电极板和第四电极板，第三电极板和第四电极板的高度相同。所述第三电极板位于所述第一电极板的延伸方向上，所述第四电极板位于所述第二电极板的延伸方向上。所述第四电极板、第二电极板电连接。

主控器将第一电极对、第二电极对串联，形成回路，并在输出端A、输出端B输出电压信号，并在输出端A、输出端B形成压降。通过主控器分别采集输出端A、输出端B、输入端C的电压值U_A、U_B、U_C。采集第一电极对的第一电压值Uf，也即第一容置腔内的导电液体内阻Rf两端的电压Uf＝U_C-U_B。采集第二电极对的第二电压值Ux，也即第二容置腔内的导电液体内阻Rx两端的电压Ux＝U_A-U_C。

其中，步骤S120获取所述第一容置腔导电液体的高度这一步骤可以在步骤S140前的任意步骤前进行。

步骤S140：根据以下公式计算所述第二容置腔导电液体的高度Hx：

Hx＝Hf×Uf/Ux。

由于内阻Rf、Rx串联在回路中，根据所述第一电压值、第二电压值计算所述第一电极对、第二电极对的内阻的阻比值，可得出：

Uf/Ux＝Rf/Rx

也即，所述第一电压值Uf与所述第二电压值Ux的比值等于所述阻值比Rf/Rx。内阻Rf为第一电极对之间导电液体的内阻；内阻Rx为第二电极对之间导电液体的内阻。

所述第一电极对包括第一电极板和第二电极板；所述第一电极板、第二电极板平行设置或同轴设置。若所述容器为长方体或正方体，则第一电极板与第二电极板均为矩形且平行设置，若所述容器为圆环柱体，则第一电极板与第二电极板均为圆环状且同轴设置。

在此，以容器为长方体为例说明其获取所述第一电极对的内阻阻值R_f的方法。

第一电极板、第二电极板的形状大小均相同，第三电极板、第四电极板的大小、形状均相同，且第一电极板、第三电极板的宽度相同。第一电极板完全覆盖第一容置腔的第一内壁，第二电极板完全覆盖第一容置腔的第二内壁；第三电极板完全覆盖第二容置腔的第一内壁，第四电极板完全覆盖第二容置腔的第二内壁。

其中，隔板距离所述容器底部的高度Hf为已知参数，则第一电极板与第二电极板之间的导电液体的内阻Rf可以表示为：

Rf＝ρL1/(a1×Hf)

式中，L1表示第一电极板、第二电极板之间的间距；a1表示第一电极板的宽度。也即，第一电极对相当于参考电极对，其第一容置腔相当于参考水箱。第一容置腔内的导电液体的高度Hf为隔板距离所述容器底部的高度Hf，也可以为第一电极对的高度。

设第二容置腔内的导电液体的高度为Hx，则第三电极板、第四电极板之间导电液体的内阻Rx可以表示为：

Rx＝ρL2/(a2×Hx)

式中，L2表示第三电极板、第四电极板之间的间距；a2表示第三电极板的宽度。由于第一电极板、第二电极板之间的间距L1与第三电极板、第四电极板之间的间距L2相等，即L1＝L2；第一电极板、第二电极板、第三电极板、第四电极板的宽度均相等，即a1＝a2。根数上述公式，即可得出：

Hx＝Hf×Rf/Rx

就可以计算出第二容置腔内的导电液体的高度Hx。

在一实施例中，参考图10，所述方法还包括：

步骤S160：根据所述第一容置腔导电液体高度Hf、第二容置腔导电液体高度Hx以及所述容器底部与导电液体的接触面积s，计算所述导电液体的体积V。

由于第一容置腔导电液体高度Hx，第二容置腔内的导电液体的高度Hf均已计算得出，根据容器底部与导电液体的接触面积s即可以分别计算第一容置腔的体积V1＝s×Hf；第二容置腔的体积V2＝s×Hx。也可以计算出容器内导电液体的总高度h＝Hf+Hx，进一步地，可计算出容器内导电液体的体积V＝s×h或V＝s×Hf+s×Hx。

上述液位检测方法可应用于饮水机、咖啡机、豆浆机、搅拌机、电热水器等需要测量液体高度的产品中。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。