液位计和液位计系统的制作方法

本发明涉及液位计技术领域，尤其是涉及一种液位计和液位计系统。

背景技术：

目前现场液位测量系统大多采用磁翻板液位计、玻璃式液位计、玻璃管式液位计等形式；参见图1所示的现有技术中液位计的结构示意图，传统的液位计包括设置有磁性浮子的主体管，以及LED显示标尺；该LED显示标尺内装有干簧磁控开关，并和LED发光管上下有序排列；干簧磁控开关受磁性浮子的磁力，触发相应的电路，以使液位以上LED红色显示，液位以下LED绿色显示，即红色显示汽相，绿色显示液相，红绿交界处就是容器内的实际液位。

传统的液位计采用模拟电路设计，智能化控制程度较低；传统的液位计受限于线路和器件尺寸，密封性较差，导致使用范围受限；防水防尘能力较差，导致使用时间受限；传统的液位计还需要单独安装远传变送器输出4～20mA信号，需要外配液位限位开关实现连锁保护，增加了系统的复杂性和使用成本。

针对现有的液位计智能化程度较低的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种液位计和液位计系统，以提高液位计智能化程度。

第一方面，本发明实施例提供了一种液位计，包括液位计本体、传感单元和控制单元；液位计本体包括本体管和设置于本体管内的磁性浮子；传感单元包括多个磁性传感器和扫描电路板；多个磁性传感器按照设定的间距排列在扫描电路板上；传感单元和控制单元均设置在液位计本体的外侧；传感单元与液位计本体平行排列；传感单元和控制单元电连接；磁性浮子漂浮在本体管内液体的表面；扫描电路板用于实时扫描多个磁性传感器的导通状态；磁性浮子触发与磁性浮子位于同一水平面的磁性传感器导通；扫描电路板用于将导通的磁性传感器的位置信号发送至控制单元；控制单元用于根据导通的磁性传感器的位置信号输出液位高度值和/或报警控制信号；报警控制信号包括液位极限报警信号和限位开关控制信号。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，上述液位计还包括显示单元；显示单元包括多个指示灯和驱动电路板；多个指示灯按照设定的间距排列在驱动电路板上；指示灯的数量与磁性传感器的数量相同；指示灯与磁性传感器一一对应；显示单元与控制单元电连接；驱动电路板用于根据控制单元发送的导通的磁性传感器的位置信号，驱动多个指示灯分别显示设定的颜色。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，上述指示灯包括双色LED发光二极管；驱动电路板用于根据控制单元发送的导通的磁性传感器的位置信号，驱动与导通的磁性传感器对应的双色LED发光二极管、以及双色LED发光二极管的高度以下的双色LED发光二极管显示第一颜色，驱动与导通的磁性传感器对应的双色LED发光二极管的高度以上的双色LED发光二极管显示第二颜色。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，上述传感单元和显示单元封装在同一密封体内；或者；传感单元和显示单元分别封装在密封体内。

结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，上述密封体包括真空密封玻璃管，或者，真空密封不锈钢管；控制单元封装在隔爆铸铝外壳内。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，上述控制单元包括微处理器和4-20mA输出电路；微处理器和4-20mA输出电路电连接；微处理器用于接收扫描电路板发送的导通的磁性传感器的位置信号，根据导通的磁性传感器的位置信号输出液位高度值至4-20mA输出电路；4-20mA输出电路用于根据液位高度值，输出4-20mA标准信号。

结合第一方面的第五种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，上述控制单元还包括继电器；继电器和微处理器电连接；微处理器还用于实时检测导通的磁性传感器的位置信号是否与预设的限位信号相匹配，如果是，发送限位控制信号至继电器；继电器用于根据限位控制信号控制限位设备进行开启或关闭。

结合第一方面的第五种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，上述控制单元还包括报警器；报警器和微处理器电连接；微处理器用于实时检测导通的磁性传感器的位置信号是否与预设的报警信号相匹配，如果是，发送液位极限报警信号至报警器；报警器用于根据液位极限报警信号进行报警。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，上述磁性传感器包括全极磁传感器，或者，干簧磁控开关。

第二方面，本发明实施例提供了一种液位计系统，该系统包括上述液位计，还包括外部监控设备；外部监控设备与控制单元电连接，用于接收液位高度值和/或报警控制信号。

本发明实施例带来了以下有益效果：

本发明实施例提供的一种液位计和液位计系统，通过扫描电路板实时扫描多个磁性传感器的导通状态，并将导通的磁性传感器的位置信号发送至控制单元；通过控制单元根据导通的磁性传感器的位置信号输出液位高度值和/或报警控制信号；该方式避免了传统的液位计需要外接多种控制设备和输出设备造成的液位测量的复杂性和不稳定性，进而提高了液位计智能化程度。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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的附图。

图1为现有技术中液位计的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种液位计的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种液位计中，传感单元的电路图；

图4为本发明实施例提供的一种液位计的具体结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种液位计中，显示单元的电路图；

图6为本发明实施例提供的一种液位计的扫描电路板和驱动电路板的输出波形图；

图7为本发明实施例提供的另一种液位计的具体结构示意图；

图8为本发明实施例提供的一种液位计系统的结构示意图。

图标：

200-控制单元；201-本体管；202-磁性浮子；203-磁性传感器；204-扫描电路板；400-指示灯；401-驱动电路板；710-传感单元；711-显示单元。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

考虑到现有的液位计智能化程度较低的问题，本发明实施例提供了一种液位计和液位计系统，该技术可以应用于多种测量环境下，各种液体的液位检测；该技术可以采用相关的软件和硬件实现，下面通过实施例进行描述。

实施例一：

参见图2所示的一种液位计的结构示意图和图3所示的一种液位计中，传感单元的电路图；该液位计包括液位计本体、传感单元和控制单元200；

该液位计本体包括本体管201和设置于本体管内的磁性浮子202；该传感单元包括多个磁性传感器203和扫描电路板204；多个磁性传感器203按照设定的间距排列在扫描电路板204上；上述传感单元和控制单元200均设置在液位计本体的外侧；该传感单元与液位计本体平行排列；该传感单元和控制单元200电连接；

上述磁性浮子202漂浮在本体管201内液体的表面；上述扫描电路板204用于实时扫描多个磁性传感器203的导通状态；上述磁性浮子202触发与磁性浮子位于同一水平面的磁性传感器203导通；上述扫描电路板204用于将导通的磁性传感器的位置信号发送至控制单元200；该控制单元200用于根据导通的磁性传感器的位置信号输出液位高度值和/或报警控制信号；该报警控制信号包括液位极限报警信号和限位开关控制信号。

在实际实现时，上述本体管可以设置在被测容器的外侧，以连通器的形式与被测容器连接；本体管内的磁性浮子内部设置有磁铁或磁钢，根据被测容器内液体介质的密度，调整磁铁或磁钢在磁性浮子内的具体位置，以保证磁铁或磁钢与液体表面齐平；上述传感单元通常设置在被测容器的外侧，靠近本体管的位置，以保证传感单元内的磁性传感器可以准确地感知磁性浮子内的磁铁或磁钢的磁力；上述扫描电路板上设置有多个磁性传感器，该磁性传感器的数量和密度可以根据用户对液位高度测量的精确度要求灵活设置，在此不做限定。

由于传感单元与液位计本体平行排列，磁性浮子随液体表面的移动而上下浮动，磁性浮子内的磁铁或磁钢发出的磁力可以触发与该磁铁或磁钢位于同一水平面的磁性传感器导通；上述扫描电路板以逐点扫描的方式实时扫描多个磁性传感器的导通状态；因而，控制单元可以根据导通的磁性传感器的位置信号输出液位高度值和/或报警控制信号。

具体而言，上述控制单元内可以预先保存有特定液位高度值，例如，液位第一下限、液位第二下限(该液位第二下限的高度值小于液位第一下限)、液位第一上限、液位第二上限(该液位第二上限的高度值小于液位第一上限)；当实时检测到的液位高度值与上述特定液位高度值相同时，控制单元则输出液位极限报警信号和限位开关控制信号，以进行报警和限位控制，保障液位计和待测容器的安全。

图3提供了传感单元的一种实现形式；由图3可知，多个磁性传感器分别通过上拉电阻R与扫描电路板X1、X2、…Xn相连；当磁性浮子发出的平行于磁性传感器敏感方向的磁场超过磁性传感器的工作点门限时，磁性传感器导通；当平行于磁传感器敏感方向的磁场低于工作点门限时，磁性传感器呈高阻态。传感单元中，同一时间仅有一个磁性传感器导通，即当液位发生变化时，磁性浮子也会到达新的位置，原位置的磁性传感器恢复到高阻态，新位置的磁性传感器导通；扫描电路板通过逐点扫描磁性传感器的导通状态，就可以获得导通的磁性传感器的位置，传感单元将位置信号上传给控制单元。

本发明实施例提供的一种液位计，通过扫描电路板实时扫描多个磁性传感器的导通状态，并将导通的磁性传感器的位置信号发送至控制单元；通过控制单元根据导通的磁性传感器的位置信号输出液位高度值和/或报警控制信号；该方式避免了传统的液位计需要外接多种控制设备和输出设备造成的液位测量的复杂性和不稳定性，进而提高了液位计智能化程度。

参见图4所示的一种液位计的具体结构示意图；该液位计还包括显示单元；该显示单元包括多个指示灯400和驱动电路板401；多个指示灯400按照设定的间距排列在驱动电路板401上；指示灯的数量与磁性传感器的数量相同；指示灯与磁性传感器一一对应(例如，第1个磁性传感器对应第1个指示灯，第n个磁性传感器对应第n个指示灯)；显示单元与控制单元电连接；

上述驱动电路板401用于根据控制单元发送的导通的磁性传感器的位置信号，驱动多个指示灯分别显示设定的颜色。其中，该设定的颜色可以具有多种形式，例如，与导通的磁性传感器对应的指示灯显示与其他指示灯不同的颜色；或者，与导通的磁性传感器对应的指示灯为界，该指示灯以上的显示一种颜色，该指示灯以下的显示另一种颜色。

上述方式中，显示单元于将液位计内液体高度的变化转换成指示灯颜色的变化，提高了液位显示的直观性且增加了可视距离，使用户更加便捷地查看液位高度的变化情况。

具体地，上述指示灯包括双色LED发光二极管；上述驱动电路板用于根据控制单元发送的导通的磁性传感器的位置信号，驱动与导通的磁性传感器对应的双色LED发光二极管、以及双色LED发光二极管的高度以下的双色LED发光二极管显示第一颜色，驱动与导通的磁性传感器对应的双色LED发光二极管的高度以上的双色LED发光二极管显示第二颜色。

该双色LED发光二极管可以为红绿双色LED发光二极管、红白双色LED发光二极管或绿白双色LED发光二极管。多个双色LED发光二极管排列在驱动电路板上，形成双色光柱，且该双色LED发光二极管还可以具体为亮度可调的双色LED发光二极管。

参见图5所示的一种液位计中，显示单元的电路图；图5提供了显示单元的一种实现形式；由图5可知，由于双色LED发光二极管K与磁性传感器一一对应，驱动电路板Y1、Y2、…、Yn的输出端口通过限流电阻M分别与双色LED发光二极管的红绿端口连接，显示单元接收到控制单元下传的位置信号，并根据该位置信号驱动双色LED发光二极管点亮对应的颜色。由于上述位置信号代表液位表面所处的位置高度，可以使液位以上双色LED发光二极管显示红色，液位以下双色LED发光二极管显示绿色，红色和绿色的交界处即待测容器内的实际液位位置。

参见图6所示的一种液位计的扫描电路板和驱动电路板的输出波形图；扫描电路板发出的扫描信号为方波信号；当没有磁性传感器被触发导通时，扫描电路板扫描到的是一组高电平信号；当某一磁性传感器被磁力触发闭合时，扫描电路板输出一低电平脉冲信号，并将扫描到的脉冲信号后上传到控制单元。驱动电路的每两个输出端口为一组，定义为G和R端口，分别与双色LED发光二极管的绿色端口和红色端口相连；当G端口高电平时，绿色点亮，同时R端口变为低电平，红色发光管熄灭；当驱动电路板接收到脉冲信号后，与该脉冲信号对应的一组输出端口中G端由低电平变为高电平，R端由高电平变为低电平。

为了提高上述液位计的安装灵活性，上述传感单元和显示单元封装在同一密封体内；或者；上述传感单元和显示单元分别封装在密封体内。

在实际实现时，当需要将显示单元安装在靠近液位计本体的位置时，上述传感单元和显示单元可封装在同一密封体内，以节约安装空间和成本，使系统安装更加方便快捷；当显示单元需要安装在距离液位计本体较远的位置，或者需要在不同位置设置多个显示单元，以同时显示液位高度状况，上述传感单元和显示单元分别封装在密封体内，以提高显示单元安装位置的灵活性。

具体地，上述密封体包括真空密封玻璃管，或者，真空密封不锈钢管。

在实际实现时，上述真空密封玻璃管也可以为真空密封石英管；当上述密封体为真空密封玻璃管时，既不影响传感单元感应液位计本体内磁铁的磁力，也不影响用户查看显示单元的指示灯状况，同时上述真空密封玻璃管还具有防尘、防水的功能，使液位计可以全天候地应用在多种测量环境之下，提高了液位计的适应性；当上述密封体为真空密封不锈钢管时，为了不影响用户查看显示单元的指示灯状况，该不锈钢管上可以镶嵌有部分透明玻璃、石英或透明塑料。

优选地，上述显示单元对应的密封体可以为真空密封玻璃管；上述传感单元对应的密封体可以为真空密封玻璃管或真空密封不锈钢管；上述真空密封玻璃管或真空密封不锈钢管的底部设置有防水插头，显示单元和传感单元可以通过信号传输电缆与控制单元相连。

上述控制单元封装在隔爆铸铝外壳内，该隔爆铸铝外壳具有防尘、防水和防爆的作用，进而保证了液位计的全天候使用。

参见图7所示的另一种液位计的具体结构示意图；控制单元可以连接一组或多组传感单元和显示单元，图7中以两组为例，一组为传感单元710和显示单元711分别封装在密封体内，另一组为传感单元和显示单元封装在同一密封体内。

由图7可知，上述控制单元包括微处理器700和4-20mA输出电路701；该微处理器700和4-20mA输出电路701电连接；该微处理器700用于接收扫描电路板发送的导通的磁性传感器的位置信号，根据导通的磁性传感器的位置信号输出液位高度值至4-20mA输出电路701；该4-20mA输出电路701用于根据液位高度值，输出4-20mA标准信号。该4-20mA输出电路可以将液位高度值转换为4-20mA标准信号，发送至上游的相关控制设备，提高了液位计控制的灵活性，避免了另外安装远传变送设备造成的液位测量复杂性和额外成本。

在实际实现时，上述微处理器包括同步电路和单片机芯片，该同步电路用于向扫描电路板发送扫描指令、以及接收扫描电路板发送的导通的磁性传感器的位置信号，单片机芯片用于计算液位高度值和生成多种信号等。

进一步地，上述控制单元还包括继电器702；该继电器702和微处理器700电连接；上述微处理器700还用于实时检测导通的磁性传感器的位置信号是否与预设的限位信号相匹配，如果是，发送限位控制信号至继电器；上述继电器702用于根据限位控制信号控制限位设备进行开启或关闭。

上述预设的限位信号可以为最高警戒液位的限位信号和最低警戒液位的限位信号，当液位高度到达最高警戒液位或最低警戒液位时，继电器动作，触发限位开关关闭，以保证液位计内的液体高度在合理的范围内，提高液位计的安全性；当液位高度低于最高警戒液位或高于最低警戒液位时，继电器动作，触发限位开关开启，此时液位计正常指示液位高度。

进一步地，上述控制单元还包括报警器703；该报警器703和微处理器700电连接；该微处理器700用于实时检测导通的磁性传感器的位置信号是否与预设的报警信号相匹配，如果是，发送液位极限报警信号至报警器703；该报警器703用于根据液位极限报警信号进行报警。

上述报警器可以以多种形式实现，例如，声光报警器或远程报警器等；其中，远程报警器可以以有线或无线的形式，连接用户的通信终端，发送报警信号至通信终端。

另外，为了提高上述控制单元的信号传输能力，该控制单元还可以设置有串行通信接口704，以实现液位计的串行通讯能力。

在实际实现时，该控制单元还可以包括显示屏705和按键706；该显示屏用于实时显示液位高度值、输出电流值、各报警开关点位置等信息；该按键包括液位计开关键、量程选择键等。控制单元内可以预先存储多种测量量程，用户在使用时，根据实际待测容器的状况，通过上述量程选择键进行量程选择，该方式提高了液位计测量环境的适应性。当用户选定量程后，在液位计在实际测量时，量程内的指示灯点亮，量程外的指示灯不点亮。

为了保证液位计测量的灵敏性，上述磁性传感器可以以全极磁传感器的形式实现，还可以以干簧磁控开关的形式实现。由于干簧磁控开关(也可以称为“干簧管”)的结构脆弱、玻璃封装结构易碎，且尺寸较大，限制液位计的分辨率和测量精度，因而，干簧磁控开关形式的磁性传感器可靠性较差；优选地，上述全极磁传感器属于固态开关，没有可移动的部件，没有输出抖动的问题，并且具有体积小灵敏度高的特点，使用更小的磁铁即可触发，解决了使用干簧管面临的易碎、抗震动差、分辨率不高等问题。

实施例二：

对应于上述实施例一中提供的液位计，参见图8所示的一种液位计系统的结构示意图；该系统包括上述液位计800，还包括外部监控设备801；该外部监控设备801与控制单元电连接，用于接收液位高度值和/或报警控制信号。

具体地，上述外部监控设备可以以多种形式实现，例如计算机、移动终端或其他工业用相关控制设备；该外部监控设备与控制单元可以有线连接，也可以无限连接。

本发明实施例提供的液位计系统，与上述实施例提供的液位计具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

本发明实施例提供的一种液位计和液位计系统，是一种基于逐点扫描技术的智能磁敏双色液位计。传感单元逐点扫描全极磁传感器的导通位置，显示单元从接收到的扫描信息中解析出导通位置并驱动相对应的LED双色发光管点亮；控制单元集成了传感信号智能处理、远传信号变送输出、报警信息处理与控制等功能；该智能磁敏系统可以全封闭抽真空封装，防水防尘全天候使用。

本发明实施例采用微控制器来控制液位检测和显示，与传统的磁敏双色液位计相比，具有较强的数据处理、人机交互及通讯方便等能力，同时可以实现计算机远程监控。由于采用了LED双色发光管变化来显示液位高度，具有可视距离远、显示亮度高、读数直观、且测量范围大等特点。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和/或装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。