专利名称：导电性液体的液位测量方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种导电性液体的液位测量方法及系统。
背景技术：
当液体具有导电性时最简单直接的方法是利用电极来测量液体的液位。根据这个特点， 已有的可对导电性液体的液位进行动态测量的方法基本有两类 一是以导体电极接触到液体
为标志，用随动的电极对液体液位变化进行跟踪式的测量，如专利200510019924.7等，特点 是液位的测量可以与液体的电导率值无关，但随动装置的机构比较复杂；二是采用插在液体 中的电极间的电阻值来测量液体液位，如专利01802236.7、 00130050.4和01100074.0等，特 点是系统的机构非常简单，但这类方法的液位测量值是建立在液休电导率值固定的场合。专 利200710037413.7采用两个测量电极和两个发讯电极的液位测量方法，实现了一种与液体电 导率值无关的液位测量方法，这种用四个电极的测量方法主要是应用在非满管电磁流量计的 液位测量，由于电极数目较多，直接应用在明渠、水箱和储存罐等液位测量时就会显得比较 复杂。
发明内容
本发明的目的是提供一种导电性液体的液位测量方法及系统，实现一种最多三个电极的 与液体电导率值无关的液体液位测量方法及系统。同时有具有测量液体电导率值的能力。
为达到上述目的，本发明的构思是应用一个发讯电极、 一个测量电极和一个参考电极 在液体中形成的信号关系，在一个发讯电极和参考电极间施加电信号X1，使测量电极和参考
电极间有对应液位变化的电信号X2，根据电信号XI幅值和测量电极上电信号X2幅值的比
值，可得出与液体电导率值无关的液体液位值；同时，通过测量发讯电极与参考电极间的电
流值又可估计出液体的电导率值。当液体的容器是导体时，液体的容器即可直接作为本发明 中的参考电极，使本发明更显得简单有效。
根据上述发明的构思，本发明采用以下技术方案-
一种导电性液体的液位测量方法，采用被测液位H在低液位Hl至高液位H2间变化的 导电性液体及其容器，与液体相接触或在液体中的一个测量电极、 一个发讯电极和一个参考 电极；其特征在于在所述的测量电极从水平方向位于发讯电极与参考电极之间，发讯电极的 水平高度低于低液位H1，在发讯电极和参考电极间施加电压幅值VI的电信号X1，电信号
4XI通过液体的耦合，测量电极和参考电极两端的电信号X2有与液体液位H变化相对应的电 压幅值V2。所述的电压幅值VI与所述的电压幅值V2的比值B与液体的电导率o值无关且 与液体的液位值H形成一一对应关系，从而测得液位H。当所述的测量电极与发讯电极的距 离越小于测量电极与参考电极的距离时，比值B对应液体液位H的变化具有越大灵敏度。
在上述的导电性液体的液位测量方法中，所述的容器是导体时，直接把容器作为所述的 参考电极。
在上述的导电性液体的液位测量方法中，所述的容器深度很深时，可直接在已有发讯电 极上方增加发讯电极来扩充量程和提高测量精度。
在上述的导电性液体的液位测量方法中，为了使所述的测量电极、发讯电极和参考电极 应不产生极化现象，施加在发讯电极和参考电极之间的电信号X1是正负交变的。
在上述的导电性液体的液位测量方法中，由所述的电信号XI使发讯电极和参考电极之 间产生的对应电流值I，可得出液体1的电导率o值
(7 =幻丄，
式中ki是实验确定的常数。
一种导电性液体的液位测量系统，应用于所述的导电性液体的液位测量方法，包括被测液
位H在低液位Hl至高液位H2间变化的导电性液体，液体的容器；与液体相接触的一个测 量电极、 一个发讯电极和一个参考电极；在发讯电极和参考电极间施加电压幅值VI的电信 号XI，电信号XI通过液体的耦合，在测量电极和参考电极两端有电压幅值V2的电信号X2; 其特征在于-
(a). —个发讯单元的一端连接发讯电极，发讯单元的另一端连接电阻R的一端，电阻R 的另一端连接参考电极，发讯单元输出正负交变的电信号XO，使发讯电极和参考电极 上有电压幅值V1的电信号X1，所述的电信号X1通过液体的耦合，使测量电极和参 考电极两端形成电压幅值V2的电信号X2，电信号XI使发讯电极和参考电极间产生 电流值I，同时电流值I使电阻R两端有电压幅值V3的电信号X3，即V3=IXR; (b).所述的电信号X1、电信号X2和电信号X3都连接到一个信号处理单元，信号处理单 元根据电信号XI的电压幅值VI 、电信号X2的电压幅值V2和电信号X3的电压幅值 V3计算出液体的液位值H和电导率o值。本发明与现有技术相比，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点采用了最多 三个电极的系统结构，得到了与液体电导率值无关的液位值动态测量方法及系统。并也可以 对液体电导率的进行测量。显然，本发明的液位检测系统完全是一个电信号发送、测量和处 理系统。在实现和应用上具有简单可靠的特点。容器为导体时直接作为参考电极，结构更简 单有效，容器很深时，只要增加一个发讯电极即可来扩展量程和提高测量精度。
图1是本发明的一个实施例的系统结构示意图。 图2是图1示例在液体容器为导体时的系统结构示意图。 图3是图1示例在容器深度很深时的系统结构示意图。 图4是图1示例在液体容器为导体且容器深度很深时的系统结构示意图。
具体实施方式
实施例一本发明的优选实施例如下述-参见图l、图2、图3和图4，本导电性液体的液位测量方法，采用被测液位H在低液位 Hl至高液位H2间变化的导电性液体1，液体1的容器2，在液体1中的一个测量电极3、 一 个发讯电极4和一个参考电极5:其特征在于所述的测量电极3上端U高于液位H2，下端D 低于液位Hl且距容器底为Al，在水平方向上与容器远端器壁相距A5，与参考电极5相距 A4，发讯电极4低于液位H1，与测量电极3在同一水平面上与发讯电极4相距A2，参考电 极5上端U高于液位H2，下端D与测量电极3在同一水平面上，在水平方向上与容器近端 器壁相距A3，在发讯电极4和参考电极5间施加电压幅值V1的电信号X1，电信号X1通过 液体1的耦合，测量电极3和参考电极5两端的电信号X2有与液体1液位H变化相对应的 电压幅值V2。本方法中，用所述的电信号X1的电压幅值V1与所述的电信号X2的电压幅值V2的比 值B来对应液体1的液位值H。因为，比值B己与液体l的电导率o值无关。即有当使所述的测量电极3与发讯电极4的最近距离小于测量电极3与参考电极5的距离时， 比值B对应液体液位H的变化具有更大的灵敏度。在本方法中，所述的容器2是导体时，直接把容器2作为所述的参考电极5。如图2所示。在本方法中，所述的容器2深度很深时，液位越高传感器的灵敏度越低，可在已有的发 讯电极4上方一定高度处再添加发讯电极4来扩展量程并提高灵敏度。如图3、图4所示。在上述的导电性液体的液位测量方法中，为了使所述的测量电极3、发讯电极4和参考 电极5不产生极化现象，施加在发讯电极4和参考电极5之间的电信号XI是正负交变的。 电信号XI的频率可在50 2000Hz之间。 一般，液体1的电导率o较大时采用较大的频率。在本方法中，由所述的电信号XI使发讯电极4和参考电极5之间产生的对应电流值I， 可得出液体l的电导率o值<7 =幻丄，式中Kl是实验确定的常数。 实施例二参见图1和图3，本导电性液体的液位测量系统，包括被测液位H在低液位H1至高液位 H2间变化的导电性液体1，液体1的容器2;液体1中有一个测量电极3、 一个发讯电极4 和一个参考电极5，在发讯电极4和参考电极5间施加电压幅值V1的电信号X1，电信号X1 通过液体l的耦合，在测量电极3和参考电极5两端有电压幅值V2的电信号X2;并有 (a). —个发讯单元6的一端连接发讯电极4，发讯单元6的另一端连接电阻R的一端， 电阻R的另一端连接参考电极5，发讯单元6输出正负交变的电信号X0，使发讯电极 4和参考电极5上有电压幅值V1的电信号X1，所述的电信号X1通过液体1的耦合， 使测量电极3和参考电极5两端形成电压幅值V2的电信号X2，电信号XI使发讯电 极4和参考电极5间产生电流值I，同时电流值I使电阻R两端有电压幅值V3的电信 号X3，即V34XR;(b).所述的电信号X1、电信号X2和电信号X3都连接到一个信号处理单元7，信号处理 单元7根据电信号X1的电压幅值V1、电信号X2的电压幅值V2和电信号X3的电压 幅值V3计算出液体1的液位值H和电导率o值。参见图2和图4,所述容器2是导 体时，直接把容器2作为所述参考电极5。参见图3和图4，在容器2很深时，增加一 个发讯电极4。权利要求
1.一种导电性液体的液位测量方法，采用被测液位H在低液位H1至高液位H2间变化的导电性液体(1)，液体(1)的容器(2)，与液体(1)相接触的一个测量电极(3)、一个发讯电极(4)和一个参考电极(5)；其特征在于在所述的测量电极(3)从水平方向位于发讯电极(4)与参考电极(5)之间，发讯电极(4)的水平高度低于低液位H1，在发讯电极(4)和参考电极(5)间施加电压幅值V1的电信号X1，电信号X1通过液体(1)的耦合，测量电极(3)和参考电极(5)两端的电信号X2有与液体(1)液位H变化相对应的电压幅值V2；所述的电压幅值V1与所述的电压幅值V2的比值B与液体(1)的电导率σ值无关且与液体(1)的液位值H成一一对应关系，从而测得液位H。
2. 根据权利要求1所述的导电性液体的液位测量方法，其特征在于所述的容器(2)是导体 时，直接把容器(2)作为所述的参考电极(5)。
3. 根据权利要求l所述的导电性液体的液位测量方法，其特征在于为了使所述的测量电 极(3)、发讯电极(4)和参考电极(5)应不产生极化现象，施加在发讯电极(4)和参考电极(5)之间 的电信号X1是正负交变的。
4. 根据权利要求1所述的导电性液体的液位测量方法，其特征在于由所述的电信号XI 使发讯电极(4)和参考电极(5)之间产生的对应电流值I，所述电流值I、电信号X1的电压幅值 VI与液体(l)的电导率o值有如下关系<formula>formula see original document page 2</formula>式中K1是实验确定的常数。
5. —种导电性液体的液位测量系统，应用于权利要求l所述的导电性液体的液位测量方 法，包括被测液位H在低液位Hl至高液位H2间变化的导电性液体(l)，液体(1)的容器(2)， 与液体(1)相接触的一个测量电极(3)、 一个发讯电极(4)和一个参考电极(5);其特征在于在所 述的发讯电极(4)和参考电极(5)间施加电压幅值VI的电信号XI ，电信号XI通过液体(l)的耦 合，在测量电极(3)和参考电极(5)两端有电压幅值V2的电信号X2;其特征在于(a). —个发讯单元(6)的一端连接发讯电极(4)，发讯单元(6)的另一端连接电阻R的一端， 电阻R的另一端连接参考电极(5)，发讯单元(6)输出正负交变的电信号X0，使发讯电极(4)和 参考电极(5)上有电压幅值V1的电信号X1，所述的电信号X1通过液体(l)的耦合，使测量电 极(3)和参考电极(5)两端形成电压幅值V2的电信号X2，电信号X1使发讯电极(4)和参考电极 (5)间产生电流值I，同时电流值I使电阻R两端有电压幅值V3的电信号X3，即V3-IXR;(b).所述的电信号X1、电信号X2和电信号X3都连接到一个信号处理单元(7)，信号处 理单元(7)根据电信号XI的电压幅值VI 、电信号X2的电压幅值V2和电信号X3的电压幅值 V3计算出液体(l)的液位值H和电导率o值。
全文摘要
本发明涉及一种导电性液体的液位测量方法及系统。本方法采用一种导电性液体的液位测量方法，包括被测液位H在低液位H1至高液位H2间变化的导电性液体，液体的容器，与液体相接触的一个测量电极、一个发讯电极和一个参考电极；在所述的测量电极从水平方向位于发讯电极与参考电极之间，发讯电极的水平高度低于低液位H1，在发讯电极和参考电极间施加电压幅值V1的电信号X1，电信号X1通过液体的耦合，测量电极和参考电极两端的电信号X2有与液体液位H变化相对应的电压幅值V2。本发明结构简单，特别是当液体的容器是导体时，液体的容器即可直接作为本说明中的参考电极，使本发明更显得更简单有效；同时，当被测液体的容器深度很深时，可以直接在已有发讯电极上方增加一个发讯电极的方法来扩展量程和提高测量精度。
文档编号G01R27/22GK101566491SQ20091005034
公开日2009年10月28日 申请日期2009年4月30日 优先权日2009年4月30日
发明者伟 李, 斌 李, 沈天飞, 王逸俊, 楠 臧 申请人:上海大学