離單元36的次級線圈的其中另一 端子(腳3)連接,二極管Dl的陰極與電阻R6的一端連接,電阻R6的另一端與探針接口 Jl 的引腳2連接,電容Cl和電阻R4并聯(lián)于二極管Dl的兩端。其中,電容Cl和電阻R4用于 抗干擾,具體用于降低水位探針20的連接線分布電容對采樣電壓的干擾,電容C2和二極管 Dl用于使水位探針20上通過的電流為交流電流,進而可以降低水位探針20的電解現(xiàn)象,延 長水位探針20的使用壽命,減少水位探針20發(fā)生電解時對水的污染,具體的,二級管Dl用 于反向放電以輔助電容C2消除水位探針的直流極化現(xiàn)象,避免水位探針20失效。
[0033] 放大反饋單元34包括三極管Ql、Q2、電阻RU R2、R5以及二極管D3,其中三極管 Q2的基極與二極管Dl的陰極連接,三極管Q2的集電極與三極管Ql的基極連接,三極管Q2 的發(fā)射極與電阻R2的一端連接,三極管Ql的集電極與電阻Rl的一端連接,電阻R5并聯(lián)于 三極管Ql的集電極和三極管Q2的發(fā)射極之間,三極管Ql的發(fā)射極與二極管D3的陰極連 接,三極管D3的陽極與隔離變壓器Tl的次級線圈的其中一端子(腳4)連接,電阻Rl和電 阻R2的另一端與隔離變壓器Tl的次級線圈的其中另一端子(腳3)連接。工作時,若水位 有效,水位探針20導通,此時水位探針20上的電流經(jīng)電阻R6、R4分壓后,輸入三極管Ql和 Q2進行放大,此時隔離變壓器Tl的次級負載電流等比增加,并耦合到初級線圈,進而初級 線圈電流增大,進而采樣單元35得到的采樣電壓發(fā)生變化。
[0034] 采樣單元35包括采樣電阻R10、隔離二極管D4以及整流濾波電路,采樣電阻RlO 連接于三極管Q3的發(fā)射極和地之間,隔離二極管D4的陽極與三極管Q3的發(fā)射極連接,隔 離二極管D4的陰極與整流濾波電路連接,整流濾波電路的輸出端與主控單元31的AD輸入 端連接,用于將采樣電壓輸出至主控單元31。具體的,整流濾波電路包括電阻Rll、R12、電 容C3以及電容C4,其中電阻R12和電容C4并聯(lián),且并聯(lián)后的一端與隔離二極管D4的陰極 和電阻Rll的一端連接,并聯(lián)后的另一端接地,電阻Rll的另一端與電容C3的一端以及主 控單元31的AD輸入端連接,電容C3的另一端接地。當水質(zhì)相同時,采樣電壓與水位探針 20接觸的水深呈正比關系,因此通過對采樣電壓進行處理即可判斷水位探針20的水位。具 體的,工作時采樣電阻RlO兩端的電壓經(jīng)二極管D4隔離、經(jīng)電阻Rll、R12、電容C3以及電 容C4進行整流濾波處理后傳輸至主控單元31,主控單元31讀取采樣電壓,然后經(jīng)軟件計 算處理,即可得到水位探針20上水位的變化范圍。當然,采樣電壓還與水質(zhì)的TDS值呈正 比,因此對不同水質(zhì)進行水位檢測時,采樣電壓與水位探針20的水位關系之間存在不同的 映射表。
[0035] 需要說明的是,主控單元31可以為主控MCU,此處不對主控單元31的具體電路進 行限制。
[0036] 此外,可以通過調(diào)整主控單元31輸出的脈沖驅(qū)動信號的頻率來使水位檢測裝置 100適用于不同水質(zhì)的水位檢測,在實際使用過程中,當隔離變壓器Tl初級線圈中的電感 量取20mH時,可以得到表1所示較優(yōu)的測試結果:
[0039] 其中水位檢測裝置100進行水位檢測時,包括以下步驟:
[0040] 步驟S101,主控單元的脈沖輸出端口以及隔離單元初級線圈中的電感量根據(jù)水質(zhì) 類型輸出相應頻率的脈沖驅(qū)動信號;
[0041] 步驟S102,放大輸出單元放大脈沖驅(qū)動信號并將放大后的脈沖驅(qū)動信號輸出至隔 離單元的初級線圈;
[0042] 步驟S103,隔離單元的次級線圈將放大后的脈沖驅(qū)動信號輸出至探針驅(qū)動單元;
[0043] 步驟S104,探針驅(qū)動單元接收并處理放大后的脈沖驅(qū)動信號以輸出交流電流至水 位探針,水位探針在水位有效時導通;
[0044] 步驟S105,放大反饋單元在水位探針導通時放大水位探針中流經(jīng)的電流并將放大 后的電流經(jīng)隔離單元反饋至放大輸出單元,其中放大輸出單元中的電流包括脈沖驅(qū)動信號 產(chǎn)生的原始電流和來自放大反饋單元的反饋電流;
[0045] 步驟S106,采樣單元對放大輸出單元中的電流進行采樣并將采樣電壓輸出至主控 單元;
[0046] 步驟S107,主控單元根據(jù)采樣電壓判定水位探針上的水位變化范圍。
[0047] 其中,水質(zhì)類型根據(jù)TDS值劃分為四類,其中第一類水質(zhì)的TDS值大于50,第二類 水質(zhì)的TDS值介于10至50之間,第三類水質(zhì)的TDS值介于1至10之間,第四類水質(zhì)的TDS 值等于0,當隔離變壓器Tl初級線圈中的電感量取20mH條件下,若進行水位檢測的水為第 一類水質(zhì),主控單元輸出頻率為40kHz的脈沖驅(qū)動信號,若進行水位檢測的水為第二類水 質(zhì),主控單元輸出頻率為60kHz的脈沖驅(qū)動信號,若進行水位檢測的水為第三類水質(zhì),主控 單元輸出頻率為IOOkHz的脈沖驅(qū)動信號,若進行水位檢測的水為第四類水質(zhì),主控單元輸 出頻率為200kHz的脈沖驅(qū)動信號。
[0048] 與現(xiàn)有技術相比,本發(fā)明水位檢測裝置具有以下優(yōu)點:
[0049] (1)實現(xiàn)了電氣隔離,且利用了變壓器原邊信號反饋檢測技術,成本低,可靠性高, 用于室外環(huán)境時,可有效防止感應雷擊;
[0050] (2)無機械運動組件,不會產(chǎn)生機械疲勞及失效;
[0051] (3)使用交流微電流驅(qū)動水位探針,無直流電解現(xiàn)象,水位探針壽命長;
[0052] (4)檢測靈敏度可軟件調(diào)整,可適應不同的水質(zhì)場景。
[0053] 以上結合最佳實施例對本實用新型進行了描述,但本實用新型并不局限于以上揭 示的實施例,而應當涵蓋各種根據(jù)本實用新型的本質(zhì)進行的修改、等效組合。
【主權項】
1. 一種水位檢測裝置,包括水位探針和水位檢測電路,其特征在于,所述水位檢測電路 包括: 主控單元,所述主控單元的脈沖輸出端口根據(jù)水質(zhì)類型以及隔離單元初級線圈中的電 感量輸出相應頻率的脈沖驅(qū)動信號; 放大輸出單元,與所述主控單元連接,用于放大所述脈沖驅(qū)動信號并輸出放大后的所 述脈沖驅(qū)動信號; 隔離單元,所述隔離單元的初級線圈與所述放大輸出單元的輸出端連接,所述隔離單 元的次級線圈與探針驅(qū)動單元和放大反饋單元連接; 探針驅(qū)動單元,與所述水位探針連接,用于接收并處理放大后的所述脈沖驅(qū)動信號以 輸出交流電流至所述水位探針,所述水位探針在水位有效時導通; 放大反饋單元,與所述探針驅(qū)動單元連接,用于放大所述水位探針中流經(jīng)的電流并將 放大后的電流經(jīng)所述隔離單元反饋至所述放大輸出單元,其中所述放大輸出單元中的電流 包括所述脈沖驅(qū)動信號產(chǎn)生的原始電流和來自所述放大反饋單元的反饋電流;以及采樣單 元,所述采樣單元與所述放大輸出單元連接,用于對所述放大輸出單元中的電流進行采樣 并將采樣電壓輸出至所述主控單元,所述主控單元根據(jù)所述采樣電壓判定所述水位探針上 的水位變化范圍。2. 如權利要求1所述的水位探針檢測裝置,其特征在于,所述放大輸出單元包括電阻 尺3、1?7、1?8、三極管〇3以及二極管02,所述電阻1?7和所述電阻1?8串聯(lián)后的一端與所述主控 單元的脈沖輸出端口連接,另一端與所述三極管Q3的基極連接,所述三極管Q3的集電極與 所述二極管D2的陽極連接,所述二極管D2的陰極串聯(lián)所述電阻R3后與外部電源VDD連接, 所述三極管Q3的發(fā)射極與所述采樣單元連接后接地,且所述二極管D2的兩端為所述放大 輸出單兀的輸出立而。3. 如權利要求2所述的水位檢測裝置,其特征在于,所述探針驅(qū)動單元包括電容C2、二 極管D1、電阻R4、R6以及探針接口 J1,所述電容C2的一端與所述隔離單元的次級線圈的其 中一端子連接,所述電容C2的另一端與所述探針接口 J1的引腳1連接,所述二極管D1的 陽極與所述隔離單元的次級線圈的其中另一端子連接,所述二極管D1的陰極與所述電阻 R6的一端連接,所述電阻R6的另一端與所述探針接口 J1的引腳2連接,所述電阻R4并聯(lián) 于所述二極管D1的兩端。4. 如權利要求3所述的水位檢測裝置,其特征在于,所述探針驅(qū)動單元還包括電容C1, 所述電容C1并聯(lián)于所述電阻R4的兩端,用于降低所述水位探針的連接線分布電容對所述 采樣電壓的干擾,所述二級管D1用于反向放電以輔助所述電容C2消除所述水位探針的直 流極化現(xiàn)象。5. 如權利要求2所述的水位檢測裝置,其特征在于,所述放大反饋單元包括三極管Q1、 Q2、電阻Rl、R2、R5以及二極管D3,所述三極管Q2的基極與所述二極管D1的陰極連接,所 述三極管Q2的集電極與所述三極管Q1的基極連接,所述三極管Q2的發(fā)射極與所述電阻R2 的一端連接,所述三極管Q1的集電極與所述電阻R1的一端連接,所述電阻R5并聯(lián)于所述 三極管Q1的集電極和所述三極管Q2的發(fā)射極之間,所述三極管Q1的發(fā)射極與所述二極管 D3的陰極連接,所述三極管D3的陽極與所述隔離單元的次級線圈的其中一端子連接,所述 電阻R1和所述電阻R2的另一端與所述述隔離單元的次級線圈的其中另一端子連接。6.如權利要求2所述的水位檢測裝置,其特征在于,所述采樣單元包括采樣電阻、隔離 二極管以及整流濾波電路,所述采樣電阻連接于所述三極管Q3的發(fā)射極和地之間,所述隔 離二極管的陽極與所述三極管Q3的發(fā)射極連接,所述隔離二極管的陰極與所述整流濾波 電路連接,所述整流濾波電路的輸出端與所述主控單元連接以將所述采樣電壓輸出至所述 主控單元。
【專利摘要】本實用新型公開了一種水位檢測裝置,包括水位探針和水位檢測電路,水位檢測電路包括主控單元、放大輸出單元、隔離單元、探針驅(qū)動單元、放大反饋單元及采樣單元,主控單元根據(jù)水質(zhì)類型及隔離單元初級線圈的電感量輸出相應頻率的脈沖驅(qū)動信號,放大輸出單元與主控單元及隔離單元的初級線圈連接,隔離單元的次級線圈與探針驅(qū)動單元和放大反饋單元連接,探針驅(qū)動單元輸出交流電流至水位探針,放大反饋單元放大水位探針中流經(jīng)的電流并反饋至放大輸出單元,采樣單元對放大輸出單元中的電流進行采樣并將采樣電壓輸出至主控單元以判定水位變化。與現(xiàn)有技術相比,本實用新型實現(xiàn)了低成本隔離型、高可靠性且適用于各種水質(zhì)的水位檢測。
【IPC分類】G01F23/00
【公開號】CN204988423
【申請?zhí)枴緾N201520661462
【發(fā)明人】段林玲
【申請人】段林玲
【公開日】2016年1月20日
【申請日】2015年8月28日