一种内嵌双传感器的路面积水液位测量装置的制作方法

本发明涉及液位测量技术领域，尤其涉及一种内嵌双传感器的路面积水液位测量装置。

背景技术：

在现有技术中，液位测量一般都是采用压差模式和静压力模式来测量液位的，静压力模式的测量精度相对会差一些，而压差模式的测量精度相对高一些，但传感器另一端必须通大气才行。

而在路面积水的液位计量中，需要将相关装置埋在地下，同时还要考虑ip68防护，在这种技术场景的应用中，只能采用静压力模式，即采用静压传感器来测量液位。但是，这种测量方式的缺点是受大气压力的影响，会因为大气压力波动而影响测量精度，存在测量零点漂移问题，特别是对低测量液位范围的路面积水液位计影响更大，甚至测量不准。

技术实现要素：

本发明针对上述技术问题做出改进，即本发明所要解决的技术问题是提供一种内嵌双传感器的路面积水液位测量装置，通过分别内置压差传感器与静压传感器，减轻大气压力的波动影响，减少测量零点的漂移。

为了解决上述技术问题，本发明的一种技术方案是：一种内嵌双传感器的路面积水液位测量装置，其特征在于，所述路面积水液位测量装置包括有钢制装置主体，所述钢制装置主体内设有第一测量容室、第二测量容室以及内腔室。

其中：

所述第一测量容室设于所述钢制装置主体上端；

所述第二测量容室设于所述钢制装置主体下端；

所述内腔室内部还设置有静压传感器和压差传感器，所述静压传感器以及所述压差传感器分别通过导线组从所述钢制装置主体的侧面引出；

所述第一测量容室、所述第二测量容室以及所述内腔室通过导通孔连通。

进一步地，所述钢制装置主体是采用不锈钢材质进行加工、焊接以及封装。

进一步地，所述第一测量容室、所述第二测量容室、所述内腔室以及所述导通孔内部灌装有硅油。

进一步地，所述第一测量容室的上端面以及所述第二测量容室的下端面分别设置有弹性钢性膜片。

进一步地，所述内腔室内部还设置有温度传感器，所述温度传感器通过所述导线组从所述钢制装置主体侧面引出。

进一步地，所述导线组从所述钢制装置主体引出的侧面区域采用灌胶密封。

进一步地，所述导通孔为空柱状细孔，分别设置在所述内腔室的上方与下方，并与所述内腔室的中心区域相通。

与现有的技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）通过分别设置压差传感器与静压传感器，用于适应不同的液位状态，当无液位测量时，其零点不会跟随大气压力的波动而波动；当有液位测量并且水位超过装置高度时，会以当时的大气压力值来设定补偿，无需要再做第二次补偿；

（2）现场安装方便，不需要进行零点修正操作；

（3）可以进行ip68等级的密封防护；

（4）主体结构采用钢制结合弹性钢性膜片，结构封装可靠；

（5）相比传统上的静压式测量方式，精度更高；

（6）同时还内置有温度传感器，同时用于水温的采集和液位测量补偿，技术实现更加方便。

附图说明

图1为本发明实施例的内嵌双传感器的路面积水液位测量装置的主体结构解剖示意图。

图2为本发明实施例的内嵌双传感器的路面积水液位测量装置的主体结构俯视示意图。

图3为本发明的内嵌双传感器的路面积水液位测量装置的电气连接示例图。

图4为本发明实施例的内嵌双传感器的路面积水液位测量装置的主体结构带有标尺标号的解剖示意图。

图5为本发明实施例的内嵌双传感器的路面积水液位测量装置的内置传感器工作切换示意图。

图1中：1-钢制装置主体、101-第一测量容室、102-第二测量容室、103-内腔室、104-静压传感器、105-压差传感器、106-导线组、107-导通孔、108-温度传感器、109-弹性钢性膜片、110-硅油。

图2中：1-钢制装置主体、109-弹性钢性膜片。

图3中：104-静压传感器、105-压差传感器、108-温度传感器、201-微处理器、202-信号处理单元、203-供电单元。

图4中：1-钢制装置主体、104-静压传感器、105-压差传感器、108-温度传感器。

具体实施方式

下面将对具体实施方式所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，附图是本发明一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他形式的附图。

需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，本发明描述中的术语“连接”、“相连”、“安装”应做广义理解，例如，可以是一体地连接、固定连接或者是可拆卸连接；可以是通过机械结构或者电子直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连。

对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下文的公开提供了不同的实施方式或者实施例，用于实现本发明的不同结构或者不同实现方法。为了简化本发明的公开，下文中对特定实施例的部件和设置进行描述。本说明中的压差传感器，也可以叫差压传感器。

如图1所示，一种内嵌双传感器的路面积水液位测量装置，其包括有钢制装置主体1，所述钢制装置主体1内设有第一测量容室101、第二测量容室102以及内腔室103；所述第一测量容室101设于所述钢制装置主体1上端；所述第二测量容室102设于所述钢制装置主体1下端；所述第一测量容室101、所述第二测量容室102以及所述内腔室103通过导通孔107连通。

所述内腔室103内部还设置有静压传感器104、压差传感器105以及温度传感器108，所述静压传感器104、所述压差传感器105以及所述温度传感器108分别通过导线组106从所述钢制装置主体1的侧面引出。

在本实施例中，所述钢制装置主体1是采用不锈钢材质进行加工、焊接以及封装。所述钢制装置主体1为立体结构，所述内腔室103为内部为空腔的长方形体结构，所述第一测量容室101以及所述第二测量容室102为内部为空腔的高度较薄的长方形结构。

在本实施例中，所述钢制装置主体1通过不锈钢材质进行加工制作，采用ip68等级的密封防护。

所述第一测量容室101、所述第二测量容室102、所述内腔室103以及所述导通孔107内部灌装有硅油110。在本实施例中，所述硅油110用于压力传递，可以将作用在所述第一测量容室101或者所述第二测量容室102上的压力向所述内腔室103内传递，并且经所述内腔室103内的所述硅油110，又作用于所述静压传感器104以及所述压差传感器105，通过对所述静压传感器104或者所述压差传感器105进行压力测量，来间接获得作用于所述第一测量容室101或者所述第二测量容室102上的水的压力，从而计算出相应的积水液位值。

所述第一测量容室101的上端面以及所述第二测量容室102的下端面分别设置有弹性钢性膜片109。在本实施例中，路面积水的压力作用于所述第一测量容室101的上端面或者所述第二测量容室102的下端面，从而使得所述弹性钢性膜片109受到挤压变形，在所述弹性钢性膜片109的变形过程中，处于所述第一测量容室101或者所述第二测量容室102内部的所述硅油110，也相应地因挤压而进行流动，最终将压力通过所述硅油110的传递，作用于所述静压传感器104或者所述压差传感器105。

在本实施例中，所述温度传感器108用于测量水温，路面积水通过所述弹性钢性膜片109以及所述硅油110将水温传递到所述温度传感器108，所述水温的获取，还可用于所述静压传感器104或者所述压差传感器105的温度补偿。

所述导线组106从所述钢制装置主体1引出的侧面区域采用灌胶密封。

在本实施例中，所述静压传感器104、所述压差传感器105以及所述温度传感器108分别通过所述导线组106引出所述钢制装置主体1，所述导线组106包括有多线缆的导电线。为了达到密封的效果，在所述钢制装置主体1的导线过孔之处，分别进行灌胶处理。

所述导通孔107为空柱状细孔，分别设置在所述内腔室103的上方与下方，并与所述内腔室103的中心区域相通。

本发明的工作原理是这样的：

所述路面积水液位测量装置埋在地面适当位置，当路面积水比较少时，水体高度没有超过所述路面积水液位测量装置的高度时，路面积水的水压只作用于所述第二测量容室102，水压作用在所述弹性钢性膜片109上并通过所述硅油110传递到所述内腔室103中，最终作用于所述压差传感器105，此时可以感应出压力p1；同时大气压力也作用于所述第一测量容室101，并通过所述硅油110作用于所述压差传感器105，可以感应出大气压力p2。根据现有技术的理论基础，所述压力p1其实也是包含有大气压力p2，在进行液位的换算过程中，是先计算压力差，然后进行相应换算，由此可知，在进行压力差相减时，大气压力p2已经没有了，所以，在这种情况下，路面积水的液位测量其实已经与大气无关，通过所述路面积水液位测量装置进行液位测量，不受大气压力的影响，测量的零点不会波动。

当路面积水比较多时，其高度超过所述路面积水液位测量装置的高度时，水压通过所述第一测量容室101，并通过所述硅油110作用于所述静压传感器104，感应出压力p3，再经所述压差传感器105计算换算出液位信号。

下述再进一步通过大致的公式换算的说明，深入本发明的技术实现原理：

参考图4所示，结合图5的传感器工作切换示意图，假设以下参数：

h为积水液位测量装置总高度，且h=h1+h2；

h为测量液位，且是低测量液位；

l为测量液位，且是高测量液位；

g为重力加速度；

r为水密度；

p1为当地大气压力值；

p2为切换时的大气压力值；

k1，k2为运算系数；

传感器1为静压传感器，即本实施例中的静压传感器104；

传感器2为压差传感器，即本实施例中的压差传感器105；

传感器3为温度传感器，即本实施例中的温度传感器108。

当测量液位h低于积水液位测量装置总高度h时，传感器2（压差传感器）工作：此时，测量液位h低于传感器高度h时，传感器2（压差传感器）工作，液位浸过第二测量容室，压力通过硅油传递到传感器2（压差传感器），感应出压力1；同时大气压力通过第一测量容室感应，压力值通过硅油传递到传感器2（压差传感器），传感器2（压差传感器）经过正负向相减计算换算成液位信号，并由导线组106引出测量信号。此时计算公式（一）如下：（下述中的*代表乘号）

液位1=（第一测量容室感应压力）-（第二测量容室感应压力）+k1

=（h+p1）*r*g-（h+p1）*r*g+k1

=（h-h）*r*g+k1

由上述公式(一)可知，液位与大气压力无关，当h、k1、r、g为恒定值时，液位和h成比例关系。

当测量液位l高于传感器高度h时，传感器1（静压传感器）工作：此时，测量液位l高于传感器高度h，传感器1（静压传感器）工作，液位浸过整个测量室，压力通过硅油传递到传感器1（静压传感器），感应出压力，同时，传感器2（压差传感器）经过计算换算成液位信号，由导线组106引出测量信号。此时的计算公式（二）如下：

液位2=（第二测量容室感应压力）+k2

=（l+p1-p2）*r*g+k2

由上述公式(二)可知，液位值与大气压力还有一点关系，当测量液位高于积水液位测量装置总高度h而切换到传感器1（静压传感器）工作时，与其连接的微处理器（mcu）可以通过计算预先设定p2值（切换时的大气压力值），减少了大气压力的影响，此时仅和大气压力波动有关。当k2、r、g为恒定值时，液位和l成比例关系。

作为可选的实施方式之一，在与所述积水液位测量装置连接的微处理器（mcu）中，还可以再连接设置有大气压力传感器，直接在进行液位测量时同步采集当时的大气压力值。

在本发明的技术原理的实现过程中，与传统技术上有明显区别，本发明测量零点不会波动或者波动很小，受大气压的影响很小，整体测量精度更高，同时由于不需要对用于测量的传感器的另一端通气，可以进行更加严实密封防护，安装更加方便，整体结构可靠。

如图3所示，所述路面积水液位测量装置在使用连接时，所述静压传感器104、所述压差传感器105以及所述温度传感器108分别连接信号处理单元202，所述信号处理单元202连接微处理器201，所述信号处理单元202以及所述微处理器201通过供虬单元203提供电源供电。

本发明提供的一种内嵌双传感器的路面积水液位测量装置，通过分别设置压差传感器与静压传感器，用于适当不同的液位状态，当无液位测量时，其零点不会跟随大气压力的波动而波动；当有液位测量并且水位超过装置高度时，会以当时的大气压力值来设定补偿，无需要再做第二次补偿。

本发明提供的一种内嵌双传感器的路面积水液位测量装置，现场安装方便，不需要进行零点修正操作。

本发明提供的一种内嵌双传感器的路面积水液位测量装置，可以进行ip68等级的密封防护；主体结构采用钢制结合弹性钢性膜片，结构封装可靠。

本发明提供的一种内嵌双传感器的路面积水液位测量装置，相比传统上的静压式测量方式，精度更高；同时还内置有温度传感器，同时用于水温的采集和液位测量补偿，技术实现更加方便。

以上所述仅为本发明较佳实施例，只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据此实施，但并不能以此限制本发明的保护范围。凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明涵盖范围。