新型电容式传感器液位检测系统及检测方法与流程

本发明涉及一种液位检测的系统及方法，尤其涉及一种新型电容式传感器液位检测系统及检测方法。

背景技术：

定点液位检测是对几个固定位置的液位进行测量， 如上 、 下限指示 ，分段液位指示等。 液位测量方法很多，有电容法、电阻法、磁致伸缩法、磁翻板法、振动法、浮子液位计法、激光液位法、光纤液位法、压差法等、液位开关法、安全 阀法、伺服液位计法等。

差压法是目前最常用的测量储罐内液位的方法之一, 该方法只有在液体密度恒定不变的条件下才能保证测量的准确性，实际情况液体密度是液体组份和温度的多元函数，当液体组份和温度变化会导致密度改变。

超声波测量液位的方法比较多，其中应用比较广泛的是脉冲回波法。超声波的传播速度受介质的密度、压力、温度、浓度等因素影响。超声波法液位测量结构简单，方便安装及维护，属于非接触式测量，可用于有毒、腐蚀性气体、 高粘性液体的液位测量， 但不宜用于含气泡或固体颗粒的液体。

光纤液位测量具有灵敏度高、响应速度快、抗电磁干扰、 耐腐蚀，尤其适用于易燃易爆的恶劣环境，适用于多种液体的液位测量。其缺点是不能探测污浊液体以及会粘附在测头表面的粘稠物质的液位。

激光脉冲法液位测量是将检测信号施加于安全功率的激光上，适用在油罐液位测量等易燃易爆的环境，具有很好的安全性，同时无活动部件，维护方便，系统抗干扰性强，价格相对较低。不足之处，光学镜头易受污染，影响测量结果。

雷达波法测量液位可用于腐蚀性、高黏度和有毒液体的液位以及固体料位的测量，测量装置没有可动部件，无测量盲区，雷达波传播速度取决于介质的相对介电常数和磁导率，因此不受温度、压力等影响，属于非接触测量，实时性好。不足之处，价格较高。

技术实现要素：

本发明目的在于，针对以上现有技术的不足，设计一种结构简单，成本低廉，防腐蚀及污染，测量精度高的非接触式电容式传感器液位检测系统及方法。

本发明目的可以通过以下技术方案实现，一种新型电容式传感器液位检测系统，包括：

电容检测单元：至少具有一个对液位检测点进行实时电容数据检测的液位检测端；

控制芯片单元：用于对电容检测单元的液位检测端的环境电容数据及实时电容数据进行多次检测、比较、并实时进行环境变化的自适应数据反馈，由此得出当前标定液位的状态，以及是否液体已经到达所标定的液位高度判断；

输出显示单元：用于接受控制芯片单元的信号，给出相应的液位状态信号；

电源单元：用于为系统提供单利电源；

电容检测单元与控制芯片单元的检测信号输入端相联接，输出显示单元与控制芯片单元的信号输出端相联接。

所述的新型电容式传感器液位检测系统，其电容检测单元中设置有用于检测灵敏度调整的灵敏度调整电容。

所述的新型电容式传感器液位检测系统，其系统还包括有存储单元，用于存储检测单元的检测数据及控制芯片单元的数据。

所述的新型电容式传感器液位检测系统，其电容检测单元的液位检测端由检测电极T及电阻R串联组成，电阻R的另一端接控制芯片单元的检测信号输入端。

所述的新型电容式传感器液位检测系统，其控制芯片单元是 具有电容检测功能的控制器或单片机。

所述的新型电容式传感器液位检测系统，其输出显示单元可以是显示屏、打印设备、灯光或声显设备。

一种新型的电容式传感器液位检测方法，其所述方法包括：

1）、首先控制芯片单元设定初始化数据，包括设定：

电容检测单元的各液位检测端在无液时的电容数据为无液参比值A，

控制芯片单元判断液位达标时的固定差值为△Tup，

控制芯片单元判断液位不达标时的固定差值为△Tdn，

控制芯片单元判断液位是否要适应环境变化的自适应固定差值为△Tadp；

2）、控制芯片单元判断存储器内是否已存储无液参比值A，若判断已存储无液参比值A的数据，则判断无液参比值A是否在环境变化的固定差值为△Tadp以内，在以内则继续下一步；若不在以内，则在无液体状态下，控制芯片单元检测检测单元的各检测端的电容数据，逐一读取并存储到存储器中，设定此数据为无液参比值A；

3）、控制芯片单元调取存储器中的无液参比值A；

4）、控制芯片单元N次（N>1）检测检测单元的各检测端的电容数据，取其平均值，得到有液参比值B；

5）、比较A和B的大小；

（1）、若A>B：控制芯片单元判断液位是否已经处于达标状态，若已处于达标状态，则返回步骤25；若不处于达标状态， A-B>△Tup，则系统确认液位满足达标状态，输出对应的液位状态信号,返回至步骤25；若A-B<△Tadp，则系统用（A+B）/2替代无液参比值A，并存储，返回至步骤25；若A-B<△Tadp不成立，系统判断此计数状态连续出现次数是否超过50次（此检测次数可以根据实际应用需要进行增加或减少），超过的系统用（A+B）/2替代无液参比值A，并存储，返回至步骤25；没有超过的返回至步骤25；

（2）、若A=B：返回至步骤25；

（3）、若A<B：控制芯片单元判断液位是否已经处于达标状态，若不处于达标状态，则用（A+B）/2替代无液参比值A，存储并返回至步骤25；若已处于达标状态，判断B-A>△Tdn，若成立，确认液位不满足达标状态，输出对应的液位状态信号，返回至④，若不成立返回到步骤25。

所述的电容式传感器液位检测方法，其在判断所述的A>B时，如果连续50次都判断到A-B既大于自适应固定差值为△Tadp，又小于判断液位达标的固定差值△Tup时，系统可认为是外界环境(温度、湿度等环境因素)发生了变化引起可能性比较大的，就将保存的计数值缓慢逼近真实环境值 (即采用（A+B）/2 取代A的值）。说明：此处的A，就是开始的原值A；此处的B即为实时采样读取的当前电容值。

本发明所涉及的技术，属于非接触测量，检测是通过电容变化的情况而获知液位状态。此电容变化不受液体的密度、化学特性等影响，是一种安全、低成本、实用性高的液位检测技术。可广泛使用于带电解质的任何液位的液位测量，工业，农业，日常生活，都可以使用；无毒无污染也不受污染，安全方便。

附图说明：

图1为本发明的结构原理示意框图；

图2为本发明的电路示意图；

图3为本发明的程序框图。

具体实施例：

如图1、图2所示为本发明的结构原理示意框图；包括电容检测单元10、控制芯片单元11、输出显示单元12、数据存储单元13及电源单元14。 其中数据存储单元，是根据不同的控制器本身的特性而做相应的调整，即有的控制器本身含有EEPROM单元，则无需外挂额外的EEPROM; 而如果所选取的控制器本身不具有EEPROM单元，则必须外挂单独的EEPROM芯片。

电容检测单元10设有多个对液位检测点进行实时电容数据检测的液位检测端T1、T2、T3-----Tn,其检测端的多少根据液位检测点来确定。液位检测端T1、T2、T3-----Tn分别通过电阻Ｒ１、Ｒ2、Ｒ3-----Ｒn与控制芯片单元11的检测信号输入端SENS1、 SENS2、

SENS3----- SENSn相接。检测电极T的构成，具体的方法就是构成能够随液位变化而产生电容变化的部件，可以是PCB板上的铜箔，也可以是外接金属导体，或者其他能随液位变化而产生电容量变化的任何具有导电性的材料。基本原理是：当无液体时，电容的读数值相对稳定并比较大，当有液体到达检测电极对应高度时，该电极的电容读数值是减小的，故而只需要监测该电极的电容读数的变化，即可判定液位是否达标，从而达到液位状态指示或者液位定量指示的目的。

为了准确的判断液位达标时的固定差值，在系统初始化时，可通过调节电容Ｃ2设定适应的液位达标时的固定差值△Tup。

图2中Ｃ1为滤波电容，本实施例中，控制芯片单元11选择型号为ADATW08ＩＣ芯片。用于对电容检测单元10的液位检测端环境电容数据及实时电容数据进行多次检测、比较、并实时进行环境变化的自适应数据反馈，由此得出当前定点液位的状态，是否液体已经到达定点处的液位高度判断。

输出显示单元12的输入端分别接控制芯片单元11的信号输出端IO1、 IO2、 IO3、---- IOn，控制芯片单元11的信号输出端连续输出液位的数据结果，可以以各种被需要的数据形式输出。比如IIC方式、串口方式、TTL电平方式等。

其输出显示单元12，可以是显示屏、打印设备、灯光或声显设备的一种或多种。

如图3所示，为本发明的程序框图。图中步骤20开始，上电，整个系统准备启动，步骤21对本控制器的系统进行初始化，同时找准无液参比值A或准备无液参比值A的获取。步骤22是判断当前是否需要环境校正动作，若需要，步骤23进行环境校正，然后进入步骤25的正式液位检测环节。若不需要校正环境值，则进入24直接获取无液参比值A，此数据A非常重要。步骤26对数据A和数据B进行比较运算，同时启动对参考数据的自适应补偿运算，以确保环境数据与液位数据之前有相对准确的数学关系。

在A>B及A<B比对时，查看液位是否已经处于达标状态，通常软件内会设置液位达标状态标志位来指示液位所处的状态，当液位达标判断条件满足时，就会将液位达标状态标志位置1，否则清0。查看液位达标状态就是通过查询液位达标状态标志位来实现的。

在A<B比对时，用(A+B)/2替代A,作为保存值，返回至25，是适应环境，使保存的计数值以相对较慢的速度逼近真实读数，其作用主要是在一定程度上区分液位缓慢增加和环境的缓慢变化。

△Tup是判断液位达标时的固定差值，该差值由初始化时设定，可通过调节电容C2对软件设定适应。

△Tdn是判断液位不达标时的固定差值，该差值由初始化时设定，可通过调节电容C2对软件设定适应。

△Tadp是判断是否要适应环境变化的固定差值，该差值由初始化时设定，可通过调节电容C2对软件设定适应。

在程序此计数状态连续出现次数是否超过50次（此检测次数可以根据实际应用需要进行增加或减少）中，如果连续50次都判断到(A-B)大于自适应固定差值，又小于判断液位达标的固定差值，那么可认为是外界环境(温度、湿度等环境因素)发生了变化引起可能性比较大的，就将保存的计数值缓慢逼近真实环境值。