一种在线测量液体密度和液位高度的装置的制作方法

本实用新型涉及液体测量领域，具体为一种在线测量液体密度和液位高度的装置。

背景技术：

液位测量装置，市面上现在有很多同类型的设计和产品，主要类型有音叉振动式、磁浮式、压力式、超声波、声呐波、磁翻板、雷达等，但是几乎所有的液位传感器都无法同时兼顾对液体密度的测量。

201110409473.3(发明专利)公开了一种压力液位传感器，包括密度传感器、压力传感器及控制器。此专利除了需要压力传感器外，还要有密度传感器，费用昂贵；相对单一传感器而言，两种类型的传感器长期使用时不易维护。

201210572031.5(发明专利)公开了一种物联网液位测量仪，测量仪内有三只高精度电容压力传感器对被测液位、大气压强和第二测量值进行实时检测，包括平衡器、气压容器、单向阀、造气活塞、电机、三通阀、物联网单元等，此专利结构复杂、费用昂贵，内部元件组成过多过多、长期工作可靠性低。

因此，该技术有必要改进。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种低成本、高可靠性、能够在线精确测量液体密度和液位高度的装置。

本实用新型所采用的技术方案是：

本实用新型提供一种在线测量液体密度和液位高度的装置，包括本体，还包括供电电源模块、数据采集模块、数据处理模块、数据传输模块，所述数据采集模块的输出端与数据处理模块的输入端连接；所述数据处理模块的输出端与数据传输模块的输入端连接；所述供电电源模块的输出端分别与数据采集模块的输入端、数据处理模块的输入端、数据传输模块的输入端连接；其中，所述数据采集模块包括第一压力传感器和第二压力传感器，且所述第一压力传感器和第二压力传感器之间具有固定的垂直高度差。

作为该技术方案的改进，所述数据处理模块包括信号隔离单元、信息存储单元、液位计算单元、密度计算单元、液位校正单元和通信接口单元；所述信号隔离单元的输出端与信息存储单元的输入端连接，所述信息存储单元的输出端与所述液位计算单元的输入端连接，所述液位计算单元的输出端与密度计算单元的输入端连接，所述密度计算单元的输出端与液位校正单元的输入端连接，所述液位校正单元的输处端与通信接口单元的输入端连接。

作为该技术方案的改进，所述第一压力传感器和第二压力传感器均为数字式压力传感器。

作为该技术方案的改进，所述信号隔离单元包括具有信号隔离功能的芯片。

作为该技术方案的改进，所述信息存储单元包括具有信息存储功能的芯片。

进一步地，所述数据传输模块包括有线传输和/或无线传输。

进一步地，所述有线传输通过串口数据总线进行数据传输。

进一步地，所述装置还设有天线，所述天线置于本体上部，所述无线传输通过天线进行数据传输。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型提供的一种在线测量液体密度和液位高度的装置，可在线精确测量液体密度和液位高度，整套装置结构简单，安全可靠。

另一方面，该装置不仅能够用于对纯净液体、污水等含杂质较多或者多种成分混合的液体以及弱腐蚀性液体的密度进行测量，还能够通过测量液体密度、实现对压力传感器测量结果的自校正，使液位测量更加准确可靠。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明：

图1是本实用新型第一实施例的模块连接图；

图2是本实用新型第二实施例的结构示意图；

图3是本实用新型一实施例的RS485通信接口单元示意图；

图4是本实用新型一实施例的信号隔离单元示意图；

图5是本实用新型一实施例的GPRS无线通信示意图；

图6是本实用新型一实施例的信息存储单元示意图；

图7是本实用新型一实施例的控制流程图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

参照图1，本实用新型提供一种在线测量液体密度和液位高度的装置，包括本体，还包括供电电源模块、数据采集模块、数据处理模块(包含微处理器)、数据传输模块，所述数据采集模块的输出端与数据处理模块的输入端连接；所述数据处理模块的输出端与数据传输模块的输入端连接；所述供电电源模块的输出端分别与数据采集模块的输入端、数据处理模块的输入端、数据传输模块的输入端连接；其中，所述数据采集模块包括第一压力传感器和第二压力传感器，且所述第一压力传感器和第二压力传感器之间具有固定的垂直高度差。

作为该技术方案的改进，所述数据处理模块包括信号隔离单元、信息存储单元、液位计算单元、密度计算单元、液位校正单元和通信接口单元；所述信号隔离单元的输出端与信息存储单元的输入端连接，所述信息存储单元的输出端与所述液位计算单元的输入端连接，所述液位计算单元的输出端与密度计算单元的输入端连接，所述密度计算单元的输出端与液位校正单元的输入端连接，所述液位校正单元的输处端与通信接口单元的输入端连接。

作为该技术方案的改进，所述第一压力传感器和第二压力传感器均为数字式压力传感器。

作为该技术方案的改进，所述信号隔离单元包括具有信号隔离功能的芯片。优选的，所述信号隔离单元的芯片型号为74LV244APW。

作为该技术方案的改进，所述信息存储单元包括具有信息存储功能的芯片。优选的，所述信息存储单元的芯片型号为S25FL064P0XMFI001。

进一步地，所述数据传输模块包括有线传输和/或无线传输。

进一步地，所述有线传输通过串口数据总线进行数据传输，如RS485。

进一步地，所述装置还设有天线，所述天线置于本体上部，所述无线传输通过天线进行数据传输，如GPRS。

本实用新型采用的技术方案由数据处理模块(包括密度计算单元、液位计算单元和液位校正单元)、供电电源模块、数据(压力)采集模块、无线传输模块等组成。

组成及说明：

(1)数据处理模块

微处理器EFM32GG380是该装置的处理核心，参照图1，是一实施例的模块组成示意图，该微处理器在嵌入式操作系统驱动下运行信号隔离单元、信息存储单元、液位计算单元、密度计算单元、液位校正单元、通信接口单元。数据采集模块采集到的数字量信号经过数据存储单元对采集信息进行存储，采集信息和经开关状态检测模块输出信息通过微处理器发送信号给压力采集模块是否继续采集的依据。微处理器通过其通信接口单元接收到通/断指令后，即对数据采集模块的电压和通信状态进行获取，以决定对数据采集模块执行采集或者判断操作。

A.信号隔离单元

该单元将压力采集模块采集传递到数据处理模块的数据先进行隔离、电平变换，待稳定后再传递给信息存储单元进行存储。

B.信息存储单元

该单元将压力采集模块采集传递到数据处理模块的数据先进行存储，待稳定后再传递给液位计算模块进行分析。

C.液位计算单元

该单元通过读取信息存储单元的数据，结合液位高度算法公式：和初始设置的液体密度ρ₀，一般初始设置为水的密度，初步计算出液位高度h₁和h₂。

D.密度计算单元

该单元通过读取液位计算单元的数据，根据△h＝h₂-h₁为一确定值；结合液体密度算法公式：计算出液体密度的精确值ρ。

E.液位校正单元

该单元通过读取密度计算单元的数据ρ，液位高度算法公式：计算出液位的准确高度

F.通信接口单元

该通信接口单元可通过有线或者无线方式接收远程对压力采集模块的采集指令。有线通信方式主要指RS485通信总线，协议为标准MODBUS协议；无线方式主要指GPRS通信方式。

(2)供电电源模块

该模块主要给整套设备提供电源(DC5V或者DC12V)，要求通过一定的防爆标准，能实现一定的过压、过流、过热保护功能。

(3)压力采集模块

该模块主要有电缆线、压力传感器一和压力传感器二组成，其中压力传感器一、压力传感器二分别将采集到的水压转化为数字信号后，可通过RS485数据总线将数据传输到数据处理模块。

(4)数据传输模块

该模块主要将数据处理模块处理校正过的液体密度和液位高度等数据，可以以有线传输方式远传到后方平台，供管理人员做决策参考；同时接收来自平台的指令，并执行对应的采集或者停止采集等动作；当然也可以以无线方式进行传输，如GPRS。

本实用新型实施例提供了一种在线精确测量液体密度和液位高度的装置，参照图2，作为一实施例，该装置测量污水7的密度及液位高度；该装置置于污水井4的井盖1下，其中所述装置本体上设有天线2，还包括主机箱3，所述主机箱3中包括供电电池模块、数据处理模块、无线传输模块等，所述传感器一8及传感器二9均通过电缆线5与主机箱3连接，该测试场景还包括排水管网6。主机箱3内主要包括供电电池模块、数据处理模块、无线传输模块等，主机箱3通过防水孔和天线2连接，将数据通过无线方式传输到用户平台。所述主机箱3还具有防水防爆功能。所述传感器8、传感器9置于污水井4内部、沉沙井10上方，能够同时被里面的污水7浸没，且满足传感器8、传感器9的底部高度差为一恒定值。

参照图3-6，是本实用新型实施例的各单元电路示意图。所述信号隔离单元包括具有信号隔离功能的芯片。优选的，所述信号隔离单元的芯片型号为74LV244APW。

所述信息存储单元包括具有信息存储功能的芯片。优选的，所述信息存储单元的芯片型号为S25FL064P0XMFI001。

所述数据传输模块包括有线传输和/或无线传输。

所述有线传输通过串口数据总线进行数据传输，如RS485。

数据传输模块主要将数据处理模块处理校正过的液体密度和液位高度等数据，可以以有线方式远传到后方平台，供管理人员做决策参考；同时接收来自平台的指令，并执行对应的采集或者停止采集等动作；其也可以以无线方式进行传输，如GPRS。

参照图7，是本实用新型一实施例的控制流程图。该装置上电后，通过双水位计进行压力数据采集，待采集结束，所述装置将接收到的数据解码并通过密度算法处理求出所测液体密度，并将计算出的密度数据通过液位校正算法处理求出所测液位高度，并将液体密度和液位高度数据传输至用户平台。

本实用新型的主要特点包括：本实用新型能够实现在线精确测量液体密度和液位高度，不仅能够实现对纯净液体、污水等含杂质较多或者多种成分混合的液体以及弱腐蚀性液体的密度进行测量，还能够通过测量液体密度、实现对压力传感器数据的自校正，液位测量更加准确可靠。整套装置结构简单，安全可靠，适用于测量环境复杂且对测量精度要求苛刻的场合。

以上是对本实用新型的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。