一种液位测量电路与系统论文和设计-刘仕伟

全文摘要

本实用新型提供了一种液位测量电路与系统，涉及液位测量技术领域。该液位测量电路包括电流源、多个液位检测单元以及输出端口，每个液位检测单元均包括负载电阻与检测模块，检测模块的一端与电流源电连接，检测模块的另一端与负载电阻电连接，多个液位检测单元的负载电阻串联后与电流源电连接；其中，检测单元处于常开状态，并在靠近一磁性浮子时闭合，以使处于后一级的所述液位检测单元被旁路且所述输出端口输出电压。本实用新型提供的液位测量电路与系统具有输出端口输出的电压值与液面的高度成线性关系，使得对于液位的测量在使用上与计算上均更加方便的优点。

主设计要求

1.一种液位测量电路，其特征在于，所述液位测量电路包括电流源、多个液位检测单元以及输出端口，所述多个液位检测单元依次级联排列，每个所述液位检测单元均包括负载电阻与检测模块，所述检测模块的一端与所述电流源电连接，所述检测模块的另一端与所述负载电阻电连接，所述多个液位检测单元的负载电阻串联后与所述电流源电连接；其中，所述液位检测单元处于常开状态，并在靠近一磁性浮子时闭合，以使处于后一级的所述液位检测单元被旁路且所述输出端口输出电压。

设计方案

2.如权利要求1所述的液位测量电路，其特征在于，所述电流源包括电压源与电流镜模块，所述电压源与所述电流镜模块电连接，且所述电压源用于为所述电流镜模块提供基准电压，所述电流镜模块用于依据所述基准电压输出电流源的电流。

3.如权利要求2所述的液位测量电路，其特征在于，所述电流镜模块包括电流镜芯片，所述电流镜芯片包括输入引脚、输出引脚以及基准电压引脚，所述基准电压引脚与所述电压源电连接，所述输入引脚用于依据所述基准电压引脚的基准电压确定输入电压，所述输出引脚用于依据所述输入引脚的输入电压确定输出电流。

4.如权利要求3所述的液位测量电路，其特征在于，所述电流镜芯片的型号包括ADL5315。

5.如权利要求2所述的液位测量电路，其特征在于，所述电压源包括DC\/DC模块，所述DC\/DC模块的输入端与一电源电连接，所述DC\/DC模块的输出端与所述电流镜模块电连接。

6.如权利要求1所述的液位测量电路，其特征在于，所述检测模块包括霍尔传感器，所述霍尔传感器包括感应件与开关元件，所述感应件与所述开关元件电连接，所述开关元件分别与所述负载电阻、所述电流源电连接，所述感应件用于在靠近所述磁性浮子时控制所述开关元件闭合，以使所述负载电阻与所述电流源之间形成闭合回路。

7.如权利要求6所述的液位测量电路，其特征在于，所述开关元件包括MOS管，所述感应件与所述MOS管的栅极电连接，所述MOS管的源极预与所述电流源电连接，所述MOS管的漏极与所述负载电阻电连接。

8.如权利要求6所述的液位测量电路，其特征在于，所述检测模块还包括运算放大器，所述感应件与所述运算放大器的输入端点电连接，所述运算放大器的输出端与所述开关元件电连接。

9.如权利要求1所述的液位测量电路，其特征在于，所述液位测量电路还包括信号放大单元，所述信号放大单元与所述输出端口电连接。

10.一种液位测量系统，其特征在于，所述液位测量系统包括磁性浮子与如权利要求1至9任意一项所述的液位测量电路，所述检测单元用于在靠近所述磁性浮子时闭合，且在不同检测单元闭合时，所述液位测量电路的输出端口输出不同电压。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及液位测量技术领域，具体而言，涉及一种液位测量电路与系统。

背景技术

目前，对于液面高度的测量，一般采用将测量单元级联的方式进行测量，但是，目前通常采用非线性的方式进行液位的测量，即以其电路特点，输出信号与被测液面高度之间呈非线性关系，在使用上与计算上均非常不便。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种液位测量电路，以解决现有技术中对于液位的测量在使用上与计算上均非常不便的问题。

本实用新型的另一目的在于提供一种液位测量系统，以解决现有技术中对于液位的测量在使用上与计算上均非常不便的问题。

本实用新型是这样实现的：

一方面，本实用新型实施例提供一种液位测量电路，所述液位测量电路包括电流源、多个液位检测单元以及输出端口，每个所述液位检测单元均包括负载电阻与检测模块，所述检测模块的一端与所述电流源电连接，所述检测模块的另一端与所述负载电阻电连接，所述多个液位检测单元的负载电阻串联后与所述电流源电连接；其中，所述检测单元处于常开状态，并在靠近一磁性浮子时闭合，以使处于后一级的所述液位检测单元被旁路且所述输出端口输出电压。

进一步地，所述电流源包括电压源与电流镜模块，所述电压源与所述电流镜模块电连接，且所述电压源用于为所述电流镜模块提供基准电压，所述电流镜模块用于依据所述基准电压输出电流源的电流。

进一步地，所述电流镜模块包括电流镜芯片，所述电流镜芯片包括输入引脚、输出引脚以及基准电压引脚，所述基准电压引脚与所述电压源电连接，所述输入引脚用于依据所述基准电压引脚的基准电压确定输入电压，所述输出引脚用于依据所述输入引脚的输入电压确定输出电流。

进一步地，所述电流镜芯片的型号包括ADL5315。

进一步地，所述电压源包括DC\/DC模块，所述DC\/DC模块的输入端与一电源电连接，所述DC\/DC模块的输出端与所述电流镜模块电连接。

进一步地，所述检测模块包括霍尔传感器，所述霍尔传感器包括感应件与开关元件，所述感应件与所述开关元件电连接，所述开关元件分别与所述负载电阻、所述电流源电连接，所述感应件用于在靠近所述磁性浮子时控制所述开关元件闭合，以使所述负载电阻与所述电流源之间形成闭合回路。

进一步地，所述开关元件包括MOS管，所述感应件与所述MOS管的栅极电连接，所述MOS管的源极预与所述电流源电连接，所述MOS管的漏极与所述负载电阻电连接。

进一步地，所述检测模块还包括运算放大器，所述感应件与所述运算放大器的输入端点电连接，所述运算放大器的输出端与所述开关元件电连接。

进一步地，所述液位测量电路还包括信号放大单元，所述信号放大单元与所述输出端口电连接。

另一方面，本实用新型实施例还提供了一种液位测量系统，所述液位测量系统包括磁性浮子与液位测量电路，所述检测单元用于在靠近所述磁性浮子时闭合，且在不同检测单元闭合时，所述的液位测量电路的输出端口输出不同电压。

相对现有技术，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型提供了一种液位测量电路，该液位测量电路包括电流源、多个液位检测单元以及输出端口，每个液位检测单元均包括负载电阻与检测模块，检测模块的一端与电流源电连接，检测模块的另一端与负载电阻电连接，多个液位检测单元的负载电阻串联后与电流源电连接；其中，检测单元处于常开状态，并在靠近一磁性浮子时闭合，以使处于后一级的所述液位检测单元被旁路且所述输出端口输出电压。由于本实用新型提供的液位测量电路采用电流源的方式进行测量，且当前液位越高，位于液面之上的液位检测单元的数量越少，该液位测量电路上的闭合回路内的负载电阻越少，输出端口输出的电压值越小，即根据欧姆定律可知，液位测量电路的输出端口输出的电压值与液面的高度成线性关系，使得对于液位的测量在使用上与计算上均更加方便。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1示出了本实用新型实施例所提供的液位测量电路的电路图。

图2示出了本实用新型实施例所提供的电流源的模块示意图。

图3示出了本实用新型实施例所提供的电压源的电路图。

图4示出了本实用新型实施例所提供的电流镜模块的电路图。

图5示出了本实用新型实施例所提供的检测模块的电路图。

图6示出了本实用新型实施例所提供的信号放大单元的电路图。

图7示出了本实用新型实施例所提供的液位测量系统的电路图。

图标：100-液位测量电路；110-电流源；111-电压源；112-电流镜模块；1121-电流镜芯片；120-液位检测单元；121-负载电阻；122-检测模块；1221-感应件；1222-开关元件；1223-运算放大器；130-输出端口；200-液位测量系统；210-磁性浮子。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

下面结合附图，对本实用新型的一些实施方式做详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

第一实施例

请参阅图1，本实用新型实施例提供了一种液位测量电路100，该液位测量电路100包括电流源110、多个液位检测单元120以及输出端口130，其中，每个液位检测单元120均包括负载电阻121与检测模块122，检测模块122的一端与电流源110电连接，检测模块122的另一端与负载电阻121电连接，多个液位检测单元120的负载电阻121串联后与电流源110电连接；其中，检测单元处于常开状态，并在靠近一磁性浮子210时闭合，以使输出端口130输出电压。

具体地，在液位升高或者降低的过程中，磁性浮子210始终悬浮于液面。需要说明的是，当液位检测单元120靠近磁性浮子210时，液位检测单元120在磁场力的作用下导通，以使回路导通，因在液位处于不同高度时，形成回路中的负载电阻121的数量并不相同，使得系统输出端的输出电压值并不相同，进而能够通过电压值计算出当前液位。并且，由于随着液面的升高或者降低，液位测量电路100的输出端口130的输出电压能够成线性变化，因此对于系统的输出端的电压值的计算与使用上更加方便。

其中，本实施例所述的电流源110指其端钮在可承受范围内向外部提供一定的电流而不论其两端的电压为多少，电流源110具有两个基本的性质：第一，它提供的电流是定值I或是一定的时间函数I(t)与两端的电压无关。第二，电流源110自身电流是确定的，而它两端的电压是任意的。

具体地，请参阅图2，在本实施例中，电流源110包括电压源111与电流镜模块112，电压源111与电流镜模块112电连接，且电压源111用于为电流镜模块112提供基准电压，电流镜模块112用于依据基准电压输出电流源110的电流。

其中，本实施例提供的电压源111采用DC\/DC模块，DC\/DC模块的输入端与一电源电连接，DC\/DC模块的输出端与电流镜模块112电连接。例如，DC\/DC模块的输入端与一电池电连接，通过DC\/DC模块实现对电压的转换，进而将高电压转换为较低的电压，以达到为电流镜提供工作电压与基准电压，起到调压和稳压的作用。DC\/DC模块的电路请参阅图3，其中，本实施例通过DC\/DC模块转换后输出的电压为5V，当然的，在其他的一些实施例中，DC\/DC模块的输出电压也就可以为其它值。同时，电压源111也可选用其它模块，例如直接采用大功率的电池，本实施例对此并不做任何限定。

具体地，电流镜通过内部电流模电路将输入级电流镜像为输出电源电流，起电压\/电流转换的作用。通过使用DC\/DC模块作为电压源111的折衷设计，能够其兼顾装置尺寸和测量精度，电流镜由专用芯片及外部电路构成。

具体地，请参阅图4，该电子镜电流镜模块112包括电流镜芯片1121，电流镜芯片1121包括输入引脚、输出引脚以及基准电压引脚，基准电压引脚与电压源111电连接，输入引脚用于依据基准电压引脚的基准电压确定输入电压，输出引脚用于依据输入引脚的输入电压确定输出电流。

其中，本实施例提供的电流镜芯片1121的型号为ADL5315，当然的，在其他的一些实施例中，也可采用其它信号的电流镜芯片1121，本实施例并不做任何限定。

在本实施例中，基准电压引脚为电流镜芯片1121的VPOS引脚，输入引脚为INPT引脚，输出引脚为IOUT引脚，其中，对于ADL5315芯片而言，输入引脚与基准电压引脚的基准电压的差值为1V，即基准电压引脚的电压值为5V，则输入引脚的电压为4V，进一步的，与输入引脚连接的电阻的阻值为1kΩ，则确定的输出引脚输出的电流为4mA。

进一步地，请参阅图5，本实施例提供的检测模块122采用霍尔传感器，其中，霍尔传感器包括感应件1221与开关元件1222，其中，感应件1221与开关元件1222电连接，开关元件1222分别与负载电阻121、电流源110电连接，感应件1221用于在靠近磁性浮子210时控制开关元件1222闭合，以使负载电阻121与电流源110之间形成闭合回路。并且，负载电阻121也采用级联排列，当任意一负载电阻121导通后，后级所有负载电阻121被旁路，且所有前级的负载电121与电流源形成闭合回路。

需要说明的是，感应件1221是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器，其工作原理为磁场中有一个霍尔半导体片，恒定电流I从A到B通过该片。在洛仑兹力的作用下，I的电子流在通过霍尔半导体时向一侧偏移，使该片在CD方向上产生电位差，这就是所谓的霍尔电压。

进一步的，本实施例提供的开关元件1222采用MOS管，感应件1221与MOS管的栅极电连接，MOS管的源极预与电流源110电连接，MOS管的漏极与负载电阻121电连接。其中，磁性浮子210由于浮力的作用悬浮于液面，因此在当前液面高度上会形成一磁场，与该液面等高的液位检测单元120中的感应件1221在该磁场作用下生成霍尔电压，并且通过该霍尔电压使MOS管导通，进而在液位测量电路100上形成闭合回路。当然的，在其它的一些实施例中，开关元件1222也可以为其它元件，例如三极管，本实施例对此并不做任何限定。

进一步地，由于霍尔电压的值可能较小，因此为了霍尔电压的值始终达到MOS管的导通电压，在本实施例中，检测模块122还包括运算放大器1223，感应件1221与运算放大器1223的输入端点电连接，运算放大器1223的输出端与开关元件1222电连接。运算放大器1223(简称“运放”)是具有很高放大倍数的电路单元，因此能够实现霍尔电压的值始终大于MOS管的导通电压的效果。

进一步的，在任意一个液位检测单元120闭合时，液位测量电路100的输出端口130输出电压值，根据该电压值能够计算出当前处于液面之上的液位检测单元120的数量，进而确定出液位。由于在测量过程中可能出现输出的电压值较小的情况，使得输出的电压值可能出现误差。有鉴于此，在本实施例中，液位测量电路100还包括信号放大单元，信号放大单元与输出端口130电连接。

其中，请参阅图6，本实施例提供的信号放大单元通过信号放大电路实现。

通过本实施例提供的液位测量电路100，能够实现电流源110测量当前液位的效果，进而使得液位测量电路100的输出端口130输出的电压值与液面的高度成线性关系，使得对于液位的测量在使用上与计算上均更加方便。

第二实施例

请参阅图7，本实用新型实施例提供了一种液位测量系统200，该液位测量系统200包括磁性浮子210与第一实施例所述的液位测量电路100，检测单元用于在靠近磁性浮子210时闭合，且在不同检测单元闭合时，液位测量电路100的输出端口130输出不同电压。

具体地，本实施例提供的液位测量系统200的工作原理为：

磁性浮子210悬浮于液面上，随着液位的高度的变化而变化，当处于任一位置时，靠近该磁性浮子210的液位检测单元120在磁场力的作用下闭合，进而在液位测量电路100中形成闭合回路，输出端输出电压，当磁性浮子210处于不同的高度时，不同的液位检测单元120闭合，并在在不同的液位检测单元120闭合时，回路内的负载电阻121的个数不同。在采用电流源110供电的情况下，回路中的电流始终保持一定，因此液位测量电路100的输出端口130的输出电压不同，通过获取液位测量电路100的输出端的电压，能够使用逆推的方式得到当前处于闭合回路中的液位检测单元120的个数，进而计算出当前的液位。

同时，由于液位测量电路100的输出端口130输出的电压值与液面的高度成线性关系，使得对于液位的测量在使用上与计算上均更加方便。

综上所述，本实用新型提供了一种液位测量电路，该液位测量电路包括电流源、多个液位检测单元以及输出端口，每个液位检测单元均包括负载电阻与检测模块，检测模块的一端与电流源电连接，检测模块的另一端与负载电阻电连接，多个液位检测单元的负载电阻串联后与电流源电连接；其中，检测单元处于常开状态，并在靠近一磁性浮子时闭合，以使输出端口输出电压。由于本实用新型提供的液位测量电路采用电流源的方式进行测量，且当前液位越高，位于液面之上的液位检测单元的数量越少，该液位测量电路上的闭合活路内的负载电阻越少，输出端口输出的电压值越小，即根据欧姆定律可知，液位测量电路的输出端口输出的电压值与液面的高度成线性关系，使得对于液位的测量在使用上与计算上均更加方便。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

设计图

一种液位测量电路与系统论文和设计

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