專利名稱：導電性液體的液位測量方法及系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種導電性液體的液位測量方法及系統。
背景技術：
當液體具有導電性時最簡單直接的方法是利用電極來測量液體的液位。根據這個特點， 已有的可對導電性液體的液位進行動態測量的方法基本有兩類 一是以導體電極接觸到液體
為標志，用隨動的電極對液體液位變化進行跟蹤式的測量，如專利200510019924.7等，特點 是液位的測量可以與液體的電導率值無關，但隨動裝置的機構比較復雜；二是采用插在液體 中的電極間的電阻值來測量液體液位，如專利01802236.7、 00130050.4和01100074.0等，特 點是系統的機構非常簡單，但這類方法的液位測量值是建立在液休電導率值固定的場合。專 利200710037413.7采用兩個測量電極和兩個發訊電極的液位測量方法，實現了一種與液體電 導率值無關的液位測量方法，這種用四個電極的測量方法主要是應用在非滿管電磁流量計的 液位測量，由于電極數目較多，直接應用在明渠、水箱和儲存罐等液位測量時就會顯得比較 復雜。
發明內容
本發明的目的是提供一種導電性液體的液位測量方法及系統，實現一種最多三個電極的 與液體電導率值無關的液體液位測量方法及系統。同時有具有測量液體電導率值的能力。
為達到上述目的，本發明的構思是應用一個發訊電極、 一個測量電極和一個參考電極 在液體中形成的信號關系，在一個發訊電極和參考電極間施加電信號X1，使測量電極和參考
電極間有對應液位變化的電信號X2，根據電信號XI幅值和測量電極上電信號X2幅值的比
值，可得出與液體電導率值無關的液體液位值；同時，通過測量發訊電極與參考電極間的電
流值又可估計出液體的電導率值。當液體的容器是導體時，液體的容器即可直接作為本發明 中的參考電極，使本發明更顯得簡單有效。
根據上述發明的構思，本發明采用以下技術方案-
一種導電性液體的液位測量方法，采用被測液位H在低液位Hl至高液位H2間變化的 導電性液體及其容器，與液體相接觸或在液體中的一個測量電極、 一個發訊電極和一個參考 電極；其特征在于在所述的測量電極從水平方向位于發訊電極與參考電極之間，發訊電極的 水平高度低于低液位H1，在發訊電極和參考電極間施加電壓幅值VI的電信號X1，電信號
4XI通過液體的耦合，測量電極和參考電極兩端的電信號X2有與液體液位H變化相對應的電 壓幅值V2。所述的電壓幅值VI與所述的電壓幅值V2的比值B與液體的電導率o值無關且 與液體的液位值H形成一一對應關系，從而測得液位H。當所述的測量電極與發訊電極的距 離越小于測量電極與參考電極的距離時，比值B對應液體液位H的變化具有越大靈敏度。
在上述的導電性液體的液位測量方法中，所述的容器是導體時，直接把容器作為所述的 參考電極。
在上述的導電性液體的液位測量方法中，所述的容器深度很深時，可直接在已有發訊電 極上方增加發訊電極來擴充量程和提高測量精度。
在上述的導電性液體的液位測量方法中，為了使所述的測量電極、發訊電極和參考電極 應不產生極化現象，施加在發訊電極和參考電極之間的電信號X1是正負交變的。
在上述的導電性液體的液位測量方法中，由所述的電信號XI使發訊電極和參考電極之 間產生的對應電流值I，可得出液體1的電導率o值
(7 =幻丄，
式中ki是實驗確定的常數。
一種導電性液體的液位測量系統，應用于所述的導電性液體的液位測量方法，包括被測液
位H在低液位Hl至高液位H2間變化的導電性液體，液體的容器；與液體相接觸的一個測 量電極、 一個發訊電極和一個參考電極；在發訊電極和參考電極間施加電壓幅值VI的電信 號XI，電信號XI通過液體的耦合，在測量電極和參考電極兩端有電壓幅值V2的電信號X2; 其特征在于-
(a). —個發訊單元的一端連接發訊電極，發訊單元的另一端連接電阻R的一端，電阻R 的另一端連接參考電極，發訊單元輸出正負交變的電信號XO，使發訊電極和參考電極 上有電壓幅值V1的電信號X1，所述的電信號X1通過液體的耦合，使測量電極和參 考電極兩端形成電壓幅值V2的電信號X2，電信號XI使發訊電極和參考電極間產生 電流值I，同時電流值I使電阻R兩端有電壓幅值V3的電信號X3，即V3=IXR; (b).所述的電信號X1、電信號X2和電信號X3都連接到一個信號處理單元，信號處理單 元根據電信號XI的電壓幅值VI 、電信號X2的電壓幅值V2和電信號X3的電壓幅值 V3計算出液體的液位值H和電導率o值。本發明與現有技術相比，具有如下顯而易見的突出實質性特點和顯著優點采用了最多 三個電極的系統結構，得到了與液體電導率值無關的液位值動態測量方法及系統。并也可以 對液體電導率的進行測量。顯然，本發明的液位檢測系統完全是一個電信號發送、測量和處 理系統。在實現和應用上具有簡單可靠的特點。容器為導體時直接作為參考電極，結構更簡 單有效，容器很深時，只要增加一個發訊電極即可來擴展量程和提高測量精度。
圖1是本發明的一個實施例的系統結構示意圖。 圖2是圖1示例在液體容器為導體時的系統結構示意圖。 圖3是圖1示例在容器深度很深時的系統結構示意圖。 圖4是圖1示例在液體容器為導體且容器深度很深時的系統結構示意圖。
具體實施方式
實施例一本發明的優選實施例如下述-參見圖l、圖2、圖3和圖4，本導電性液體的液位測量方法，采用被測液位H在低液位 Hl至高液位H2間變化的導電性液體1，液體1的容器2，在液體1中的一個測量電極3、 一 個發訊電極4和一個參考電極5:其特征在于所述的測量電極3上端U高于液位H2，下端D 低于液位Hl且距容器底為Al，在水平方向上與容器遠端器壁相距A5，與參考電極5相距 A4，發訊電極4低于液位H1，與測量電極3在同一水平面上與發訊電極4相距A2，參考電 極5上端U高于液位H2，下端D與測量電極3在同一水平面上，在水平方向上與容器近端 器壁相距A3，在發訊電極4和參考電極5間施加電壓幅值V1的電信號X1，電信號X1通過 液體1的耦合，測量電極3和參考電極5兩端的電信號X2有與液體1液位H變化相對應的 電壓幅值V2。本方法中，用所述的電信號X1的電壓幅值V1與所述的電信號X2的電壓幅值V2的比 值B來對應液體1的液位值H。因為，比值B己與液體l的電導率o值無關。即有當使所述的測量電極3與發訊電極4的最近距離小于測量電極3與參考電極5的距離時， 比值B對應液體液位H的變化具有更大的靈敏度。在本方法中，所述的容器2是導體時，直接把容器2作為所述的參考電極5。如圖2所示。在本方法中，所述的容器2深度很深時，液位越高傳感器的靈敏度越低，可在已有的發 訊電極4上方一定高度處再添加發訊電極4來擴展量程并提高靈敏度。如圖3、圖4所示。在上述的導電性液體的液位測量方法中，為了使所述的測量電極3、發訊電極4和參考 電極5不產生極化現象，施加在發訊電極4和參考電極5之間的電信號XI是正負交變的。 電信號XI的頻率可在50 2000Hz之間。 一般，液體1的電導率o較大時采用較大的頻率。在本方法中，由所述的電信號XI使發訊電極4和參考電極5之間產生的對應電流值I， 可得出液體l的電導率o值<7 =幻丄，式中Kl是實驗確定的常數。 實施例二參見圖1和圖3，本導電性液體的液位測量系統，包括被測液位H在低液位H1至高液位 H2間變化的導電性液體1，液體1的容器2;液體1中有一個測量電極3、 一個發訊電極4 和一個參考電極5，在發訊電極4和參考電極5間施加電壓幅值V1的電信號X1，電信號X1 通過液體l的耦合，在測量電極3和參考電極5兩端有電壓幅值V2的電信號X2;并有 (a). —個發訊單元6的一端連接發訊電極4，發訊單元6的另一端連接電阻R的一端， 電阻R的另一端連接參考電極5，發訊單元6輸出正負交變的電信號X0，使發訊電極 4和參考電極5上有電壓幅值V1的電信號X1，所述的電信號X1通過液體1的耦合， 使測量電極3和參考電極5兩端形成電壓幅值V2的電信號X2，電信號XI使發訊電 極4和參考電極5間產生電流值I，同時電流值I使電阻R兩端有電壓幅值V3的電信 號X3，即V34XR;(b).所述的電信號X1、電信號X2和電信號X3都連接到一個信號處理單元7，信號處理 單元7根據電信號X1的電壓幅值V1、電信號X2的電壓幅值V2和電信號X3的電壓 幅值V3計算出液體1的液位值H和電導率o值。參見圖2和圖4,所述容器2是導 體時，直接把容器2作為所述參考電極5。參見圖3和圖4，在容器2很深時，增加一 個發訊電極4。權利要求
1.一種導電性液體的液位測量方法，采用被測液位H在低液位H1至高液位H2間變化的導電性液體(1)，液體(1)的容器(2)，與液體(1)相接觸的一個測量電極(3)、一個發訊電極(4)和一個參考電極(5)；其特征在于在所述的測量電極(3)從水平方向位于發訊電極(4)與參考電極(5)之間，發訊電極(4)的水平高度低于低液位H1，在發訊電極(4)和參考電極(5)間施加電壓幅值V1的電信號X1，電信號X1通過液體(1)的耦合，測量電極(3)和參考電極(5)兩端的電信號X2有與液體(1)液位H變化相對應的電壓幅值V2；所述的電壓幅值V1與所述的電壓幅值V2的比值B與液體(1)的電導率σ值無關且與液體(1)的液位值H成一一對應關系，從而測得液位H。
2. 根據權利要求1所述的導電性液體的液位測量方法，其特征在于所述的容器(2)是導體 時，直接把容器(2)作為所述的參考電極(5)。
3. 根據權利要求l所述的導電性液體的液位測量方法，其特征在于為了使所述的測量電 極(3)、發訊電極(4)和參考電極(5)應不產生極化現象，施加在發訊電極(4)和參考電極(5)之間 的電信號X1是正負交變的。
4. 根據權利要求1所述的導電性液體的液位測量方法，其特征在于由所述的電信號XI 使發訊電極(4)和參考電極(5)之間產生的對應電流值I，所述電流值I、電信號X1的電壓幅值 VI與液體(l)的電導率o值有如下關系<formula>formula see original document page 2</formula>式中K1是實驗確定的常數。
5. —種導電性液體的液位測量系統，應用于權利要求l所述的導電性液體的液位測量方 法，包括被測液位H在低液位Hl至高液位H2間變化的導電性液體(l)，液體(1)的容器(2)， 與液體(1)相接觸的一個測量電極(3)、 一個發訊電極(4)和一個參考電極(5);其特征在于在所 述的發訊電極(4)和參考電極(5)間施加電壓幅值VI的電信號XI ，電信號XI通過液體(l)的耦 合，在測量電極(3)和參考電極(5)兩端有電壓幅值V2的電信號X2;其特征在于(a). —個發訊單元(6)的一端連接發訊電極(4)，發訊單元(6)的另一端連接電阻R的一端， 電阻R的另一端連接參考電極(5)，發訊單元(6)輸出正負交變的電信號X0，使發訊電極(4)和 參考電極(5)上有電壓幅值V1的電信號X1，所述的電信號X1通過液體(l)的耦合，使測量電 極(3)和參考電極(5)兩端形成電壓幅值V2的電信號X2，電信號X1使發訊電極(4)和參考電極 (5)間產生電流值I，同時電流值I使電阻R兩端有電壓幅值V3的電信號X3，即V3-IXR;(b).所述的電信號X1、電信號X2和電信號X3都連接到一個信號處理單元(7)，信號處 理單元(7)根據電信號XI的電壓幅值VI 、電信號X2的電壓幅值V2和電信號X3的電壓幅值 V3計算出液體(l)的液位值H和電導率o值。
全文摘要
本發明涉及一種導電性液體的液位測量方法及系統。本方法采用一種導電性液體的液位測量方法，包括被測液位H在低液位H1至高液位H2間變化的導電性液體，液體的容器，與液體相接觸的一個測量電極、一個發訊電極和一個參考電極；在所述的測量電極從水平方向位于發訊電極與參考電極之間，發訊電極的水平高度低于低液位H1，在發訊電極和參考電極間施加電壓幅值V1的電信號X1，電信號X1通過液體的耦合，測量電極和參考電極兩端的電信號X2有與液體液位H變化相對應的電壓幅值V2。本發明結構簡單，特別是當液體的容器是導體時，液體的容器即可直接作為本說明中的參考電極，使本發明更顯得更簡單有效；同時，當被測液體的容器深度很深時，可以直接在已有發訊電極上方增加一個發訊電極的方法來擴展量程和提高測量精度。
文檔編號G01R27/22GK101566491SQ20091005034
公開日2009年10月28日 申請日期2009年4月30日 優先權日2009年4月30日
發明者偉 李, 斌 李, 沈天飛, 王逸俊, 楠 臧 申請人:上海大學