阅读说明：本技术 一种非接触式高精度液位检测系统及其检测方法 (Non-contact high-precision liquid level detection system and detection method thereof ) 是由 卢国明 张涛 乐猛 江岱平 卢国艺 翟志豪 于 2019-12-12 设计创作，主要内容包括：本发明第一方面提供了一种非接触式高精度液位检测系统,该系统包括：供气管路、电磁阀、节流阀、压力感测模块和处理模块。本发明第二方面提供了利用该系统进行液位检测方法,该方法包括：处理模块接收到来自液位检测信号,处理模块控制电气比例阀,以使电气比例阀将输入气源压力调整为液压检测压力,电磁阀线圈通电,被测密闭容器通过节流阀放气；处理模块接收压力感测模块检测到的实时压力变化数据；处理模块根据接收到的实时压力变化数据分析确定相应的被测密闭容器的液位高度。该液位检测系统无需安装在被测容器上,只需气管连接即可,不受安装的空间限制,被测容器与该系统之间没有热传递；根据充放气时容器内部压力的变化来实时监控容积。(The invention provides a non-contact high-precision liquid level detection system in a first aspect, which comprises: the device comprises an air supply pipeline, a solenoid valve, a throttle valve, a pressure sensing module and a processing module. The invention provides a liquid level detection method by using the system in a second aspect, which comprises the following steps: the processing module receives the liquid level detection signal, controls the electric proportional valve to enable the electric proportional valve to adjust the pressure of an input air source to be hydraulic detection pressure, energizes the solenoid valve coil, and deflates the detected closed container through the throttle valve; the processing module receives real-time pressure change data detected by the pressure sensing module; and the processing module analyzes and determines the liquid level height of the corresponding measured closed container according to the received real-time pressure change data. The liquid level detection system does not need to be arranged on a detected container, only needs to be connected with an air pipe, is not limited by an installation space, and has no heat transfer between the detected container and the system; the volume is monitored in real time based on changes in the internal pressure of the container during inflation and deflation.)

一种非接触式高精度液位检测系统及其检测方法

技术领域

本发明涉及液位检测技术领域，具体涉及一种非接触式高精度液位检测系统及其检测方 法。

背景技术

随着电子技术的发展，各种各样的电子检测装置及检测手段在人们生活中的应用越来越 多。目前，常用的进行液位检测的装置通常是采用电容式液位检测装置进行检测，这种液位 检测装置普遍存在着无法在高温环境下正常工作、检测误差大等缺点。

发明内容

针对上述问题，本发明第一方面提供了一种非接触式高精度液位检测系统，

本发明第一方面的目的采用以下技术方案来实现：

一种非接触式高精度液位检测系统，该液位检测系统包括：供气管路、设置于所述供气 管路上的电磁阀、节流阀、压力感测模块和处理模块；所述处理模块分别与所述电磁阀和压 力感测模块连接；

其中，所述供气管路的一端与被测密闭容器连接，所述供气管路的另一端与气源连接；

所述电磁阀为两位三通阀，其端口A通过所述供气管路与被测密闭容器连接；其端口B 通过所述供气管路与所述气源连接，其端口C与所述节流阀连接；在线圈通电时，所述端口 A和端口B相通，此时所述气源向被测密闭容器充气；其线圈断电时，所述端口A与端口C 相通，此时所述被测密闭容器经所述节流阀进行放气；

所述节流阀用于控制所述被测密闭容器的放气速度，从而改变放气时被测密闭容器压力 变化的速度；

所述压力感测模块用于检测所述被测密闭容器的实时压力变化；当所述被测密闭容器放 气时，所述压力感测模块将检测到的实时压力变化数据转发至所述处理模块，所述处理模块 根据接收到的实时压力变化数据分析确定相应的所述被测密闭容器的液位高度。

在一种可选的实施方式中，该液位检测系统还包括：置于所述供气管路上的、且位于所 述气源和电磁阀之间的电气比例阀；所述电气比例阀与所述处理模块连接；

所述处理模块通过控制所述电气比例阀，以实现所述电气比例阀对输入气源压力的调节。

在一种可选的实施方式中，该液位检测系统还包括：与所述处理模块进行信息交互的上 位机；

所述上位机一方面用于接收所述处理模块计算得到的液位高度，另一方面还用于向所述 处理模块发送点胶信号或液位检测信号。

在一种可选的实施方式中，当所述处理模块接收到来自所述上位机发送的液位检测信号 时，所述处理模块控制所述电气比例阀，以使所述电气比例阀将输入气源压力调整为液压检 测压力，所述电磁阀线圈通电，所述被测密闭容器通过所述节流阀放气，所述压力感测模块 将检测到的实时压力变化数据转发至所述处理模块。

在一种可选的实施方式中，所述被测密闭容器包括：点胶针筒。

在一种可选的实施方式中，当所述处理模块接收到来自所述上位机发送的点胶信号时， 所述处理模块控制所述电气比例阀，以使所述电气比例阀将输入气源压力调整为点胶压力， 所述电磁阀线圈断电，所述气源向所述点胶针筒充气，此时，所述压力感测模块检测到的压 力值为点胶压力。

现有的液位检测技术，存在如下缺点：1)无法在高温环境下正常工作；2)检测精度低； 3)检测结果受液体性质影响；4)检测结果手容器内部残液影响；5)安装空间受限；6)只能检测固定液位高度，无法实时监控整个液位的高低过程。

本发明第一方面提供的液压检测系统能够克服上述缺点，并具有如下有益效果：

(1)该液位检测系统无需安装在被测容器上，只需气管连接即可，不受安装的空间限制， 被测容器与该液位检测系统之间没有热传递；

(2)根据充放气时容器内部压力的变化来实时监控容积；

(3)控制适当的充放气速度，即可改变测量分辨率，充放气式的压力变化只受容器内容 积的大小变化影响，不受容器内壁上残液多少影响，不受液体的粘稠度、颜色、表面张力等 因素影响，受使用环境温度的影响很小。这种检测容器内液位高低的检测方式精度极高；

(4)可适用于绝大多数不可挥发性液体的密闭容器内液位检测，适用性广；

(5)可满足热反应型胶水如PUR热熔胶等需高温加热的针筒内实时液位监控要求；

(6)应用于自动化和半自动化生产线，提供准确的液位高低数据，保证生产的有序进行；

(7)对于针筒气压式点胶应用场合，可根据针筒液位高度进行压力补偿，保证点胶精度， 具体是，当针筒内液位高度变化后，针筒的有效容积也会发生变化，不改变充气时间的情况 下，充气完成后针筒内压力也随液位高度变化，此时如果配合该液位检测系统的液位高度检 测功能，就可以通过调整充气时间或者气源压力来补偿点胶量，从而保证点胶精度。

本发明第二方面提供了一种非接触式高精度液位检测方法，该液位检测方法是利用本发 明第一方面提供的液位检测系统，该方法包括：

所述处理模块接收到来自所述上位机发送的液位检测信号，所述处理模块控制所述电气 比例阀，以使所述电气比例阀将输入气源压力调整为液压检测压力，所述电磁阀线圈通电， 所述被测密闭容器通过所述节流阀放气；

所述处理模块接收来自所述压力感测模块检测到的实时压力变化数据；

所述处理模块根据接收到的实时压力变化数据分析确定相应的所述被测密闭容器的液位 高度。

在一种可选的实施方式中，所述方法还包括：

所述处理模块接收到来自所述上位机发送的点胶信号，所述处理模块控制所述电气比例 阀，以使所述电气比例阀将输入气源压力调整为点胶压力，所述电磁阀线圈断电，所述气源 向所述点胶针筒充气，此时，所述压力感测模块检测到的压力值为点胶压力。

在一种可选的实施方式中，在进行液位检测或者点胶之前，所述方法还包括：对所述液 位检测系统进行校准，具体是：

将被测密闭容器更换为一个空的密闭容器，所述处理模块控制所述电气比例阀，以使所 述电气比例阀将输入气源压力调整为液压检测压力，所述电磁阀断电，所述气源向所述空的 密闭容器充气，当压力感测模块感测到的压力数据稳定时，所述处理模块控制所述电磁阀通 电，所述空的密闭容器开始放气，放气的过程中，所述压力感测模块感测所述空的密闭容器 的压力变化，并将感测到的压力变化数据转发至所述处理模块，所述处理模块对接收到的压 力变换数据进行处理，得到低液位放气时的压力-时间曲线S1；

然后将被测密闭容器更换为一个装满液体的密闭容器，重复执行以上操作，得到高液位 放气时的压力-时间曲线S2；

其中，所述的空的密闭容器和装满液体的密闭容器均与所述被测密闭容器规格保持一致。

本发明第二方面提供的液位检测方法具有如下有益效果：

(1)该液位检测系统无需安装在被测容器上，只需气管连接即可，不受安装的空间限制， 被测容器与该液位检测系统之间没有热传递；

(2)根据充放气时容器内部压力的变化来实时监控容积；

(3)控制适当的充放气速度，即可改变测量分辨率，充放气式的压力变化只受容器内容 积的大小变化影响，不受容器内壁上残液多少影响，不受液体的粘稠度、颜色、表面张力等 因素影响，受使用环境温度的影响很小。这种检测容器内液位高低的检测方式精度极高；

(4)可适用于绝大多数不可挥发性液体的密闭容器内液位检测，适用性广；

(5)可满足热反应型胶水如PUR热熔胶等需高温加热的针筒内实时液位监控要求；

(6)应用于自动化和半自动化生产线，提供准确的液位高低数据，保证生产的有序进行；

(7)对于针筒气压式点胶应用场合，可根据针筒液位高度进行压力补偿，保证点胶精度， 具体是，当针筒内液位高度变化后，针筒的有效容积也会发生变化，不改变充气时间的情况 下，充气完成后针筒内压力也随液位高度变化，此时如果配合该液位检测系统的液位高度检 测功能，就可以通过调整充气时间或者气源压力来补偿点胶量，从而保证点胶精度。

本发明第三方面提供了一种计算机存储介质，该计算机存储介质上存储有计算机程序， 该计算机程序用于执行如本发明第二方面提供的液位检测方法。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于 本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附 图。

图1是本发明实施例提供的一种非接触式高精度液位检测系统的框架结构图；

图2是本发明实施例提供的压力-时间曲线关系图。

附图标记：供气管路1、电气比例阀2、电磁阀3、节流阀4、压力感测模块5、处理模块6、被测密闭容器7。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

图1示出了一种非接触式高精度液位检测系统，该液位检测系统包括：供气管路1电气 比例阀2、电磁阀3，节流阀4、压力感测模块5和处理模块6。其中，供气管路1的一端与被测密闭容器7连接，供气管路1的另一端与气源连接，电气比例阀2和电磁阀3依次设置 于供气管路1上，且电气比例阀2靠近气源一侧设置。

处理模块6分别与电气比例阀2、电磁阀3和压力感测模块5连接。处理模块6用于控制电磁阀3线圈的通电和断电，还用于控制电气比例阀2，以实现电气比例阀2对输入气源压力的调节。

电气比例阀2用于对输入气源压力进行调节，保证输入气源压力的稳定性；还用于实现 正常点胶加压和液位检测所需压力的来回切换。

电磁阀3为两位三通阀，其端口A通过供气管路1与被测密闭容器7连接，其端口B通过供气管路1与电气比例阀2的端口连接，其端口C与节流阀4连接；在线圈通电时，端口 A和端口B相通，此时气源向被测密闭容器7充气；其线圈断电时，端口A与端口C相通， 此时所述被测密闭容器7放气；

节流阀4用于控制被测密闭容器7的放气速度，从而改变放气时被测密闭容器7压力变 化的速度；

压力感测模块5用于检测所述被测密闭容器7的实时压力变化；当被测密闭容器7放气 时，压力感测模块5将检测到的实时压力变化数据转发至处理模块6，处理模块6根据接收 到的实时压力变化数据分析确定相应的被测密闭容器7的液位高度。优选地，该压力感测模 块5为压力传感器。

在一种可选的实施方式中，还包括与处理模块6进行信息交互的上位机，该上位机一方 面用于接收处理模块6计算得到的液位高度，另一方面还用于向处理模块6发送点胶信号或 者液压检测信号。

在一种可选的实施方式中，该被测密闭容器为点胶针筒。

在一种可选的实施方式中，当处理模块6接收到来自上位机发送的点胶信号时，处理模 块6控制电气比例阀2，以使电气比例阀2将输入气源压力调整为点胶压力，电磁阀3线圈 断电，端口A和端口B相通，端口C截止，来自气源的压缩空气从端口B流向端口A，然后 向点胶针筒充气，此时，压力感测模块5检测到的压力值为点胶压力。当处理模块6接收端 上位机发送的液位检测信号时，处理模块6控制电气比例阀2，以使电气比例阀2将输入气 源压力调整为液压检测压力，电磁阀3线圈通电，端口B截止，端口A和端口C相通，在节 流阀4的作用下，待测密闭容器内的压力慢慢降低，处理模块6接收来自压力感测模块5实 时检测到的压力变化数据，生成压力-时间曲线，通过压力-时间曲线来判断出有效容积，进 而根据有效容积跟液位高度的关系计算出液位高度，得到当前待测密闭容器内的液压高度。 处理模块6还可以将计算得到的液位高度发送至上位机。

其中，放气时间与压力之间满足如下关系式：

式中，t为放气时间，P_H为被测密闭容器的初始压力，具体是指充气完成后，放气前的 压力，P_L为外界压力，τ为充放气时间常数，V为待测密封容器的有效容积，K为绝热指数，S 为放气回路有效截面积，具体是指节流阀排气孔的截面积，T_H为气体绝对温度；

待测密封容器的有效容积V跟液位高度h满足如下关系式：

V＝V₀×(1-h)

式中，V为待测密封容器的有效容积，V₀为待测密封容器的体积，h为液位高度；

在上述实施例中，上位机发出点胶信号或者液压检测信号，处理模块6根据接收到的信 号进而执行对应的操作，从而能够实时检测液位高度。

在一种可选的实施方式时，在利用该液位检测系统进行液位高度检测时，还需要该液位 检测系统进行校准。

具体是：将待测密闭容器更换为一个空的针筒(该针筒的出胶口被密封)或者密闭容器， 然后进行校准，处理模块6控制电气比例阀2，以使电气比例阀2将输入气源压力调整为液 位检测压力，然后电磁阀3断电，气源向空的针筒或者密闭容器充气，当压力感测模块5感 测到的压力数据趋于稳定时，处理模块6控制电磁阀3通电，该空的针筒或者密闭容器开始 放气，放气的过程中，所述压力感测模块5感测所述空的密闭容器的压力变化，并将感测到 的压力变化数据转发至所述处理模块6，所述处理模块6对接收到的压力变换数据进行处理， 得到低液位放气时的压力-时间曲线S1；

然后将被测密闭容器更换为一个装满液体的密闭容器，重复执行以上操作，得到高液位 放气时的压力-时间曲线S2。

其中，所述的空的密闭容器和装满液体的密闭容器均与所述被测密闭容器规格保持一致。

当外部硬件环境发生改变时，如供气管路长度、容器规格等，均需要重新进行校准操作。

图2示出了压力-时间曲线关系图，利用本发明实施例提供的液位检测系统进行液位检测 的原理是：当接收到上位机的液位检测信号时，处理模块6改变电气比例阀2电压将压力调 整为液位检测压力，此时压力感测模块5检测的压力值为液位检测压力，然后电磁阀3的线 圈通电，B口截止，A和C口相通，在节流阀4的作用下，针筒或容器内压力慢慢降低，处理 模块6通过压力感测模块5实时检测并记录压力值，生成当前液位放气时的压力-时间曲线S。 根据当前液位时针筒或容器放气的压力-时间曲线S、高液位放气时的压力-时间曲线S2和低 液位放气时的压力-时间曲线S1进行计算，即可判断出当前液位高度。

现有的液位检测技术，存在如下缺点：1)无法在高温环境下正常工作；2)检测精度低； 3)检测结果受液体性质影响；4)检测结果手容器内部残液影响；5)安装空间受限；6)只能检测固定液位高度，无法实时监控整个液位的高低过程。

本发明第一方面提供的液压检测系统能够克服上述缺点，并具有如下有益效果：(1)该 液位检测系统无需安装在被测容器上，只需气管连接即可，不受安装的空间限制，被测容器 与该液位检测系统之间没有热传递；

(2)根据充放气时容器内部压力的变化来实时监控容积；

(3)控制适当的充放气速度，即可改变测量分辨率，充放气式的压力变化只受容器内容 积的大小变化影响，不受容器内壁上残液多少影响，不受液体的粘稠度、颜色、表面张力等 因素影响，受使用环境温度的影响很小。这种检测容器内液位高低的检测方式精度极高；

(4)可适用于绝大多数不可挥发性液体的密闭容器内液位检测，适用性广；

(5)可满足热反应型胶水如PUR热熔胶等需高温加热的针筒内实时液位监控要求；

(6)应用于自动化和半自动化生产线，提供准确的液位高低数据，保证生产的有序进行；

(7)对于针筒气压式点胶应用场合，可根据针筒液位高度进行压力补偿，保证点胶精度， 具体是，当针筒内液位高度变化后，针筒的有效容积也会发生变化，不改变充气时间的情况 下，充气完成后针筒内压力也随液位高度变化，此时如果配合该液位检测系统的液位高度检 测功能，就可以通过调整充气时间或者气源压力来补偿点胶量，从而保证点胶精度。

本发明另一方面还提供了利用上述液压检测系统进行液位检测方法，该液位检测方法包 括：

所述处理模块6接收到来自上位机发送的液位检测信号时，所述处理模块6控制所述电 气比例阀2，以使所述电气比例阀2将输入气源压力调整为液压检测压力，所述电磁阀线圈 通电，所述被测密闭容器7通过所述节流阀4放气，处理模块6接收来自所述压力感测模块 5检测到的实时压力变化数据；处理模块6根据接收到的实时压力变化数据分析确定相应的 所述被测密闭容器的液位高度。

该液位检测方法还包括：当处理模块6接收到点胶信号时，处理模块6控制电气比例阀 2，以使所述电气比例阀2将输入气源压力调整为点胶压力，所述电磁阀3的线圈断电，所述 气源向点胶针筒充气，此时，所述压力感测模块5检测到的压力值为点胶压力。

在进行液位检测或者点胶之前，所述方法还包括：对所述液位检测系统进行校准，具体 是：

将被测密闭容器更换为一个空的密闭容器，所述处理模块6控制所述电气比例阀2，以 使所述电气比例阀2将输入气源压力调整为液压检测压力，所述电磁阀3的线圈断电，所述 气源向所述空的密闭容器充气，当压力感测模块5感测到的压力数据稳定时，所述处理模块 6控制所述电磁阀3通电，所述空的密闭容器开始放气，放气的过程中，所述压力感测模块5 感测所述空的密闭容器的压力变化，并将感测到的压力变化数据转发至所述处理模块6，所 述处理模块6对接收到的压力变换数据进行处理，得到低液位放气时的压力-时间曲线S1；

然后将被测密闭容器更换为一个装满液体的密闭容器，重复执行以上操作，得到高液位 放气时的压力-时间曲线S2。

其中，所述的空的密闭容器和装满液体的密闭容器均与所述被测密闭容器规格保持一致。

本发明实施例还提供了一种计算机存储介质，该计算机存储介质上存储有计算机程序， 该计算机程序用于执行如本发明实施例所提供的液位检测方法。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围 的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解， 可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。