一种基于信号在变阻抗介质中传输反射特性的液位计

摘要

本发明涉及物位仪表技术领域，具体为一种基于信号在变阻抗介质中传输反射特性的液位计，包括有壳体，壳体的顶端可拆卸连接有端盖，壳体的底端和侧壁下方分别开设有第一液体流通孔和第二液体流通孔，壳体的侧壁上方开设有气体流通孔，壳体内壁上固设有隔离胶块，隔离胶块将壳体分隔成上下两个空腔，位于上方的空腔中设有电路板，位于下方的空腔中设有液体感应线，液体感应线的顶端贯穿隔离胶块，电路板上固设有信号发生模组和信号采集模组。本发明利用信号在介质阻抗变化时传输和反射特性会发生变化的原理进行液位的测量，液位测量方案的实施简单易行，测量结果精度高，液位计组装简单，便于维护，使用方便，通用性好。

说明书

技术领域

本发明涉及物位仪表技术领域，具体为一种基于信号在变阻抗介质中传输反射特性的液位计。

背景技术

液位测量在日常生活和工业生产中具有广泛的应用，如水箱水塔，太阳能热水器水箱，电热水器水箱，下管道管网，化工等工业生产液体反应池。

现在常见的液位测量方法主要有超声测液位、压力传感测液位、浮子/浮球测液位和电容传感测液位。其中，超声测液位的成本较高，且需要安装在宽敞的空间环境中；压力传感测液位对水质要求较高，如有泥沙或水垢沉淀容易失准甚至损坏，此外，由于一般安装在水箱底，对密封性有一定要求；浮子式测液位计的接触式碳膜会随使用时间而磨损，且不适用于水等导电液体，浮球式测液位计的机械开关对制作工艺有一定要求，且结构复杂，测量点数受到一定限制；电容传感测液位对水质要求也较高，受泥沙和水垢的堵塞影响较大。

鉴于上述原因，研发一种操作简单，精度高，通用性好的液位计将具有重大的技术意义和经济意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于信号在变阻抗介质中传输反射特性的液位计，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于信号在变阻抗介质中传输反射特性的液位计，包括有壳体，所述壳体的顶端可拆卸连接有端盖，所述壳体的底端和侧壁下方分别开设有第一液体流通孔和第二液体流通孔，所述壳体的侧壁上方开设有气体流通孔，所述壳体内壁上固设有隔离胶块，所述隔离胶块将所述壳体分隔成上下两个空腔，位于上方的空腔中设有与所述端盖可拆卸连接的电路板，位于下方的空腔中设有液体感应线，所述液体感应线的顶端贯穿所述隔离胶块，所述电路板上固设有信号发生模组和信号采集模组，所述信号发生模组用于发出阶跃信号到所述液体感应线上，所述信号采集模组用于采集所述液体感应线上的叠加信号，所述叠加信号表示所述阶跃信号和位于下方的空腔中的阻抗不连续点对所述阶跃信号的反射信号的叠加。

可选的，所述电路板上固设有微控制器，所述微控制器的输出端电连接所述信号发生模组的输入端，所述微控制器的输入端电连接所述信号采集模组的输出端，所述微控制器的输入端电连接有用于传输电流和信号的传输线，所述传输线贯穿所述端盖。

可选的，所述端盖上开设有用于容纳所述传输线通过的螺纹孔，所述螺纹孔中固设有防水接头，所述防水接头固定套接有所述传输线。

可选的，所述壳体上且远离所述气体流通孔的一端固设有支架，所述支架呈倒L字形，所述支架的竖直端上开设有螺栓预留孔，且所述支架底端的水平高度低于所述壳体底端的水平高度。

可选的，所述液体感应线的表面涂覆有聚四氟乙烯防垢涂层。

可选的，所述端盖的底端开设有矩形槽，所述电路板的顶端嵌入所述矩形槽中。

与现有技术相比，本发明提供了一种基于信号在变阻抗介质中传输反射特性的液位计，具备以下有益效果：

1.本发明利用信号在介质阻抗变化时传输和反射特性会发生变化的原理进行液位的测量，液位测量方案的实施简单易行，测量结果精度高，液位计组装简单，便于维护，使用方便，通用性好；

2.本发明通过在液体感应线的表面涂覆有聚四氟乙烯防垢涂层，防止液体中杂质残留粘附在液体感应线上，保持液体感应线上的阻抗为定值，避免二次测量出现误差，液位计对水质要求不高，适用范围广。

附图说明

图1为本发明整体的结构示意图；

图2为本发明中阶跃信号的波形图；

图3为本发明中阶跃信号经过液面后的波形图；

图4为本发明中叠加信号的波形图。

图中：1、壳体；2、第一液体流通孔；3、气体流通孔；4、端盖；5、隔离胶块；6、电路板；7、液体感应线；8、信号发生模组；9、信号采集模组；10、微控制器；11、传输线；12、防水接头；13、支架；14、第二液体流通孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

实施例：请参阅图1，本发明提供了一种基于信号在变阻抗介质中传输反射特性的液位计，包括有壳体1，壳体1由耐腐蚀的金属材质制成。壳体1的底端和侧壁下方分别开设有第一液体流通孔2和第二液体流通孔14，将液位计放置在盛装液体的容器中，根据连通器原理，液体通过第一液体流通孔2和/或第二液体流通孔14进入壳体1内，其中第二液体流通孔14可在壳体1因触底造成第一液体流通孔2被封堵的情况下供液体从壳体1的侧壁流入壳体1内，在容器中的液位高度等于壳体1内的液位高度。壳体1的侧壁上方开设有气体流通孔3，在液体从第一液体流通孔2和/或第二液体流通孔14进入壳体1时，壳体1中的空气从气体流通孔3溢出，避免产生气泡。

壳体1的顶端丝扣连接有端盖4，壳体1内壁上胶连接有隔离胶块5，隔离胶块5将壳体1分隔成上下两个空腔，位于上方的空腔中设有与端盖4可拆卸连接的电路板6，位于下方的空腔中设有液体感应线7。其中，端盖4的底端开设有矩形槽，电路板6的顶端嵌入矩形槽中。液体感应线7的表面涂覆有聚四氟乙烯防垢涂层，用于防止液体中杂质残留粘附在液体感应线7上，保持液体感应线7上的阻抗为定值，避免二次测量出现误差。液体感应线7的顶端贯穿隔离胶块5，且液体感应线7与隔离胶块5的连接处采用胶密封。电路板6上焊接有信号发生模组8和信号采集模组9。

信号发生模组8用于发出阶跃信号到液体感应线7上，信号采集模组9用于采集液体感应线7上的叠加信号，叠加信号表示阶跃信号和位于下方的空腔中的阻抗不连续点对阶跃信号的反射信号的叠加。电路板6上焊接有微控制器10，微控制器10的输出端电连接信号发生模组8的输入端，微控制器10的输入端电连接信号采集模组9的输出端，微控制器10的输入端电连接有用于传输电流和信号的传输线11，传输线11贯穿端盖4。端盖4上开设有用于容纳传输线11通过的螺纹孔，螺纹孔中设有防水接头12，防水接头12与端盖4丝扣连接，防水接头12固定套接有传输线11，传输线11用于连接上位机，通过上位机发出指令给微控制器10，实时控制信号发生模组8，并将信号采集模组9采集到的数据实时传输给上位机。

壳体1上且远离气体流通孔3的一端焊接有支架13，支架13呈倒L字形，支架13的竖直端上开设有螺栓预留孔，且支架13底端的水平高度低于壳体1底端的水平高度。将支架13的竖直端通过螺栓安装在容器的侧壁上，并且使得支架13的底端与容器的底壁相抵接，则壳体1底端与容器的底壁间距为定值。

测量原理：本发明利用信号在介质阻抗变化时传输和反射特性会发生变化的原理进行液位的测量。当容器中无液体时，即液体感应线7未接触被测介质时，位于下方的空腔中阻抗连续，阶跃信号沿着液体感应线7向下传播，阶跃信号的波形图请参阅图2。当容器中有液体时且液体感应线7接触被测液体介质时，位于下方的空腔会出现阻抗变化，而阶跃信号峰值相应变化，阶跃信号经过被测液体后的波形图请参阅图3，同时有一部分反射回来，一部分继续向下传播，反射回来的信号叠加到发生的阶跃信号上，信号采集模组9可采集到这个叠加信号，叠加信号的波形图请参阅图4。

因为反射回来的信号和信号发生模组8发出阶跃信号存在一定的时间差，所以叠加信号的边缘是带台阶的，其中，台阶间距反映了信号传播反射的时间关系，台阶幅度反映了被测液体的介电系数，可以根据信号发生模组8发出阶跃信号的电平幅值和叠加信号的电平幅值，得到位于下方的空腔中的阻抗不连续的点的阻抗值。

信号采集模组9将叠加信号的数据通过传输线11传输给时域反射仪，时域反射仪的屏幕上会显示出一条TDR曲线，TDR曲线与液体感应线7的每一点存在一一对应关系，即可从TDR曲线上可以读出液体感应线7上每一点的阻抗值和点间距，如果不存在液位，点间距相等；如果存在液位，则点间距会在液位处发生变化，对变化后的点间距求和即为液位高度。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。