[發明專利]一種貼片式電容液位計及液位測量方法有效
| 申請號： | 201710112346.4 | 申請日： | 2017-02-28 |
| 公開（公告）號： | CN106768175B | 公開（公告）日： | 2019-04-12 |
| 發明（設計）人： | 李桃嶺;費致根;毛月恒 | 申請（專利權）人： | 北京晨淼科技有限公司 |
| 主分類號： | G01F23/26 | 分類號： | G01F23/26 |
| 代理公司： | 北京細軟智谷知識產權代理有限責任公司 11471 | 代理人： | 王金寶 |
| 地址： | 102488 北京市房山*** | 國省代碼： | 北京;11 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 一種 貼片式 電容 液位計 測量方法 | ||
1.一種貼片式電容液位計，其特征在于：它包括電源、電容傳感器、電容測量模塊、主控模塊和液晶顯示模塊，所述電源為所述電容測量模塊和主控模塊供電，所述電容傳感器與電容測量模塊連接，所述電容測量模塊和液晶顯示模塊均與所述主控模塊連接；
所述電容傳感器包括電容極板、環氧樹脂填充物和金屬屏蔽罩，所述電容極板采用長方體結構，兩相同的所述電容極板之間的內夾角呈鈍角設置，所述環氧樹脂填充物設置在兩所述電容極板之間，兩所述電容極板之間填充的所述環氧樹脂填充物呈四棱臺結構，所述四棱臺結構中與兩所述電容極板接觸的一對側面均為矩形，所述四棱臺結構中另一對側面均為等腰梯形；所述金屬屏蔽罩罩設在所述電容極板和環氧樹脂填充物的外側，所述金屬屏蔽罩的底端開口，開口大小與所述四棱臺的底面相匹配；
兩所述電容極板之間的內夾角設置為150°。
2.如權利要求1所述的一種貼片式電容液位計，其特征在于：所述電容極板的長度為800mm～1000mm，其寬度為9mm，其厚度為2mm。
3.如權利要求1或2所述的一種貼片式電容液位計，其特征在于：所述電容測量模塊采用型號為PCAP01-AD的電容測量芯片。
4.如權利要求1或2所述的一種貼片式電容液位計，其特征在于：所述主控模塊采用Arduino單片機系統。
5.如權利要求3所述的一種貼片式電容液位計，其特征在于：所述主控模塊采用Arduino單片機系統。
6.如權利要求5所述的一種貼片式電容液位計，其特征在于：所述Arduino單片機系統通過I/O端口對所述電容測量芯片PCAP01-AD的內部寄存器進行配置，Arduino單片機系統與電容測量芯片PCAP01-AD的通信方式為SPI串行通信。
7.如權利要求5所述的一種貼片式電容液位計，其特征在于：所述電容傳感器的兩端分別與所述電容測量芯片PCAP01-AD的引腳PC1和引腳PC0連接，所述電容測量芯片PCAP01-AD的引腳PC4和引腳PC5之間連接一參考電容，所述電容測量芯片PCAP01-AD通過引腳MOSI_SDA、引腳SSN_PGO、引腳SCK_SCL和引腳MISO_PG1與所述Arduino單片機系統連接。
8.一種采用如權利要求1～7任一項所述貼片式電容液位計的液位測量方法，其特征在于，包括以下步驟：
將電容傳感器的底面貼放在盛放待測液體的容器外壁上；
對電容測量模塊進行初始化，其具體包括：將電容測量芯片PCAP01-AD配置成UART模式；
主控模塊讀取電容測量模塊中不同液位高度對應的電容比率系數C0，電容比率系數C0與電容的充放電時間有關，C0＝Cx/C1；Cx為電容傳感器輸出的電容值，C1為參考電容；
主控模塊將讀取的電容比率系數C0傳輸至電容測量模塊，電容測量模塊根據接收到的電容比率系數C0和參考電容C1，計算得到電容值Cx，并將電容值Cx傳輸至電容測量模塊中進行存儲；
主控模塊讀取電容測量模塊存儲的電容值Cx；
對主控模塊的輸出曲線進行標定，確定液位高度與電容值Cx之間的線性關系表達式h＝kC+b；
將電容值Cx代替線性關系表達式h＝kC+b中的C，計算得到液位高度h；
主控模塊將計算得到的液位高度h傳輸至液晶顯示模塊進行顯示。
9.如權利要求8所述的一種液位測量方法，其特征在于，所述對主控模塊的輸出曲線進行標定具體過程為：
利用外部測量儀器對液位高度進行i次測量(i≥2)，測得的液位高度為hi；主控模塊對電容測量模塊中的電容值進行i次讀取，讀取的電容值為Cxi；
假設液位高度hi與電容值Cxi滿足線性關系表達式h＝kC+b；
定義目標函數，即每組測量點(Cxi,hi)到該直線h＝kC+b的距離殘差的平方和為：
引入以下標記：
利用最小二乘法，求解方程組
計算得到：
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