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专利名称：一种数字式液位传感器的制作方法

技术领域：

本发明涉及一种数字式液位传感器，属于测量技术领域，是一种输入型数字式液位传感器，采用弹性腔体一体化结构输出脉冲信号，可直接与后续控制器匹配。数字处理电路。 适用于测量各种导电或不导电液体物料的液位，具有结构简单、安装方便、成本低、测量范围大、适用范围广等优点。

背景技术：

传感器是用于测量各种过程参数的传感元件。 传感器种类繁多，如温度、压力、流量、液位、速度、电压、电流等传感器。 常见的液位传感器有差压式、电阻式、电容式、超声波式、雷达式、输入式等多种形式。 大多数这些传感器输出模拟信号。 随着科学技术的发展，计算机技术和单片机技术越来越普及，而计算机、单片机和数字处理电路只能处理数字信号。 通常情况下，需要将传感器输出的模拟信号转换成数字信号，再送入计算机和单片机进行处理和计算，因此模/数转换电路是必不可少的中间转换环节. 现有的滴入式液位传感器，使用时将传感器放入储罐中沉入底部。 其测量原理是储罐底部的压力随着液位的上升或下降而变化，可以测量储罐底部的压力。 反映液位的高度。 现有的输入传感器属于压阻式传感器，由感应和传输两部分组成。 传感部分采用压敏元件。 压敏元件采用单晶硅的压阻效应制成。 在弹性膜片上形成四个应变电阻，构成惠斯通电桥。 当单晶硅弹性膜片受压时，会输出与被测压力成正比的毫伏级模拟电压信号。 变送器采用低漂移4-20mA两线制专用转换芯片，可将压力传感器差分形式的毫伏级电压信号直接转换为4-20mA电流输出信号。 但缺点是1、成本高，所用的压敏元件和集成电路芯片都是特殊器件； 2、密封性能差，经常出现漏水，导致集成块损坏； 3、量程调整不方便，需要更换压敏元件； 4、不耐用，安装维修时容易损坏压敏元件； 5. 输出为模拟信号。 计算机技术和单片机技术是近几年发展起来的新型数字处理技术，发展迅速，并以其独特的优势日趋完善。 在整个测量系统中，如果传感器能够直接输出数字信号，就不需要模拟/数字转换的中间环节，因此传感器技术的数字化是必然的发展趋势。 数字传感器输出脉冲信号，不仅不需要中间转换电路，而且抗干扰能力很强，对于提高测量精度比较有好处，因为任何一个中间环节的转换效率都不可能是100%。

发明内容

本发明的目的是一种数字式液位传感器，旨在解决现有液位传感器输出信号为模拟信号，不能与后续数字处理电路完全匹配的缺点，公开了一种集成结构的弹性腔。 插入式数字液位传感器的技术方案适用于工农业各个领域测量各种导电和非导电液体物料的液位。本发明的一种数字液位传感器，其特征在于：是一种输入式数字液位传感器，采用弹性腔体一体化结构，输出脉冲信号。 该传感器由传感部分、外壳和变送器15组成。传感部分(见附图1)由橡胶模盒1、磁芯2、线圈3、弹簧4和调节螺钉5组成，其中橡胶模箱1是一个上下伸缩的橡胶弹性空心体，磁芯2固定在橡胶模箱1的上端使其连成一体，模箱1的下端固定在下支架上板11，线圈3用支架6固定在上支撑板10上，磁芯2穿入线圈3，弹簧4顶住磁芯2上端面，调整调节螺丝5调节弹簧4对磁芯2的压力，达到调节传感器量程的目的。 当一个力作用在橡胶模盒1内腔的上端时，磁芯2就会在线圈3中上下移动，当作用力大于弹簧4的压力时，磁芯2磁芯2向上运动，当作用力小于弹簧4的压力时，磁芯2向下运动； 本体下部9、上支撑板10和下支撑板11装配有防水垫圈。 外壳上部7顶部的开口引出线缆。 导风孔14开在顶部，导风孔13开在下支撑板11的中央。组装完成后，壳体内部形成四个区域，即A区、B区、 C区和D区。 节流孔13连通，C区和D区通过导流孔14连通。在测量状态下，A区和B区充满液体，C区和D区充满空气，D区通过电缆中的风管与大气相通。 减少测量过程中C区和D区风量变化引起的测量误差； 变送器15(见附图2)由通用非门集成电路G、电阻R、电容C和电感L组成，变送器15安装在上支撑板10上，与上支撑板10电连接。线圈3，电感L由磁芯2和感应部分的线圈3组成，电感L会因磁芯2在线圈3中的运动而引起传感器的电感量发生变化，从而变送器15输出的脉冲频率随之变化，变化后的频率通过后续的电路运算可以转化为液位的变化。 如果在电路中取电容C为常数，则输出脉冲的频率仅与电感L的电感量成反比，电感L的电感量由液位驱动，即液体压力推动线圈中的磁芯2

3.由运动到达的不同位置决定，换算公式为/=^^ Hhai传感器范围<150m，测量误差

小于一个脉冲当量。 本发明的一种数字式液位传感器的优点是1、使用方便，不需要安装。 二。 成本低，制作简单； 现有的输入液位传感器采用特殊的压敏元件和芯片。 是现有滴入式液位传感器的1/10。 三、 无需中间转换电路，可直接与后续数字处理电路相连。 四、 通过调节调节螺钉可任意改变量程； 同时，使用带风道的电缆减少了C区和D区风量变化带来的测量误差，使测量精度进一步提高。 五、适用于各种液体物料的计量。

图1 输入型数字液位传感器示意图 1.橡胶模盒 2.磁芯 3.线圈 4.弹簧 5.调节螺钉 6.支架 7.外壳上部 8.外壳中部 9.下部外壳部分 10.上支撑板 11.下支撑板 12、13.导流孔 14.导气孔 15.变送器 图2输入数字式液位传感器变送器示意图 L.传感器线圈、磁芯 G.通用NOT门集成电​​路 R. 电阻 C. 电容

具体实施方案

实施例一：如图1所示，本发明的一种数字式液位传感器由传感部分、外壳和变送器15组成，所述传感部分由橡胶模盒1、磁芯2、线圈组成3、弹簧4 由调节螺钉5组成，其中胶模盒1是一个上下伸缩的橡胶弹性腔体，磁芯2固定在胶模盒1的上端使其成为一体，模箱1下端固定在下支撑板11的中心位置上，线圈3用支架6固定在上支撑板10的中心位置，磁芯2穿入线圈3，弹簧4顶住磁芯2的上端面，调节螺钉5调节弹簧4对磁芯2的压力，当有作用力作用于内圈上端时橡胶模盒1的腔体，磁芯2在线圈3中上下移动； 发射器15安装在上支撑板10上，与线圈3电连接，其输出信号通过带导气管的电缆从壳体上部引出。 发射器15的输出是方波脉冲，不需要中间的模拟/数字转换链路。 信号通过带导气管的电缆直接从外壳顶部引出。 后续的数字处理电路进行匹配连接，通过后续的电路运算转化为液位变化。 传感器测量范围<150m，测量误差为±1脉冲当量。 下面结合附图1、2进一步说明水位测量过程。如图1所示，该壳体由壳体上部7、壳体中部8、壳体下部7组成。壳体9、上支撑板10和下支撑板11，壳体下部均匀对称开有6个导孔12，电缆从上部顶部的开口引出。 外壳各部分加防水垫圈数字量液位传感器，分别与上下支撑板安装连接。 该位置开有导流孔13。 使用时，液体通过导流孔12进入A区，同时通过导流孔13进入橡胶模盒1，即橡胶弹性空腔形成B区，内部空腔整个外壳形成A区、B区、C区和D区，A区和B区通过导气孔13连通并充满液体，C区和D区为空气，C区和D区通过空气连通导气孔14，D区通过导气孔14连通。电缆中的风道与大气相通，目的是减少C区和D区风量变化引起的测量误差。区域。

为了提高测量精度，消除压力变化时空气体积会发生变化的不利因素，还需要排除传感器A区和B区的空气。 具体方法如下。 接线无误后数字量液位传感器，将传感器底部放入水中，使水通过导流孔12、13进入传感器A区和B区，并排出传感器A区和B区的空气。充满水的传感器。 本发明的数字液位传感器应用在某水库大坝上。 根据水库大坝实际高度150m，调整调节螺钉5，使传感器的最大量程为140m。如图2所示，变送器15电路中，集成电路G选用普通SN74LS04型六反相门芯片，选用电容C=0.01μF，电阻470Ω。 当磁芯2移动完全进入线圈3的位置时，电感L的最大电感量为254mH。 此时电感值对应最大量程水位值140m。 当磁芯2移动并穿入线圈3时

在最小位置，最小电感为1.96mH，对应零水位值。根据公式/ = ^)^计算脉冲输出

频率，最大输出频率fm=36kH（对应零水位），最小输出频率&=3. 16kH（对应满量程），按最大量程计算脉冲当量，脉冲当量=140000/(36000-3160 ) = 4.^mm /pulse，表示输出频率每降低一个脉冲，水位值将上升4.26mm，将4.26mm/pulse的脉冲当量值存入后续电路； 后续电路采用上海仪表集团智能数显型号XMTE-1111 38m，等于大坝实际水位，由显示仪表内部的单片机计算实时显示电流实测水位值为55.38m。 使用时需要注意的是，确定了磁芯2和线圈3的材质和形状，安装位置也固定后，就可以确定传感器的最大和最小电感值，即发射机的最大输出和最小输出频率值 据此确定。 使用前，根据量程计算脉冲当量即可。 此外，使用前校准环节必不可少。 安装接线无误后，将传感器底部朝上放入水中，使水通过导流孔12、13进入传感器A区和B区，待水满后排出传感器A区和B区空气，同时测量输出脉冲起始频率如fm，作为计算脉冲当量的依据。 注水过程完成后，将传感器翻转过来沉入水lm中，如果智能水表的水位显示值与沉入深度Im不符，重新修正脉冲当量，重复多次直到水位显示值与下沉深度相同。如果与实际深度匹配，验证过程结束。

校准后，将传感器沉入水库底部。 必须保证风道畅通，底部保持直立。 当水位升高时，蓄水池底部的压力增加，使水通过导流孔12和传感器外壳的下部。 支撑板11的导孔13进入传感器A区和B区的水量不断增加（见附图1），迫使橡胶模盒1上端推动磁力铁芯2克服弹簧4的压力向上运动，因此感应部分线圈L的电感量不断增加，使发射器15（见图2，输出脉冲的频率不断降低，输出频率脉冲减少一个脉冲，经后续电路智能数显装置处理后，智能表显示水位增加4.2mm，水位下降时测量过程与此相反。本发明应用于某水库，根据水库实际高度10m，调整调节螺钉5，使数字式液位传感器最大量程为9. 5m，脉冲当量按输出频率fm=36kH计算， & = 3. 16kH, 脉冲当量 = 9500/(36000-3160) = 0. 脉冲，同样输出频率降低一个脉冲，水位升高0.29mm； 反之，输出频率每增加一个脉冲，水位下降0.^mm，脉冲当量0.^mm/pulse存储在智能数显仪表中，作为计算水位的依据。其他同实施例1 . 实施例3 发明了一种应用于储油罐的数字式液位传感器。 油位测量与水位测量的区别在于，测量油位时传感器必须耐油，同时必须有防爆措施。 用耐油橡胶代替橡胶模箱1 模箱和变送器15的电源采用本安型电源。 其他与实施例2相同。

维权请求

1.一种数字式液位传感器，其特征在于它是一种弹性腔体一体化结构的输出脉冲信号输入的数字式液位传感器，该传感器由传感部分、外壳和变送器15组成，传感部分(见附图1)由胶模盒1、磁芯2、线圈3、弹簧4和调节螺钉5组成，其中胶模盒1是一个上下伸缩的橡胶弹性空心体，具有磁性铁芯2固定在胶模盒1的上端使其成为一体，模盒1的下端固定在下支撑板11上，线圈3用支架固定在上支撑板10上6、磁芯2穿入线圈3，弹簧4顶住磁芯2上端面，调节调节螺钉5，调节弹簧4对磁芯2的压力，达到目的调整传感器范围。 当一个力作用在橡胶模盒1内腔的上端时，磁芯2就会在线圈3中上下移动，当作用力大于弹簧4的压力时，磁芯2磁芯2向上运动，当作用力小于弹簧4的压力时，磁芯2向下运动； 本体下部9、上支撑板10和下支撑板11装配有防水垫圈。 外壳上部7顶部的开口引出线缆。 导风孔14开在顶部，导风孔13开在下支撑板11的中央。组装完成后，外壳内部形成四个区域，即A区、B区、C区和D区。 节流孔13连通，C区和D区通过导流孔14连通。在测量状态下，A区和B区充满液体，C区和D区充满空气，D区通过电缆中的风管与大气相通。 减少测量过程中C区和D区风量变化引起的测量误差； 发射器15安装在上支撑板10上，与线圈3电连接。电感L由磁芯2和感应部分的线圈3组成。 由于磁芯2在线圈3中上下运动，会产生电感。 L的电感量发生变化，从而使发射器15输出的脉冲频率发生相应的变化，变化后的频率通过后续的电路运算可以转化为液位的变化。 如果在电路中取电容C为常数，则输出脉冲的频率只与电感L的电感量成反比，而电感L的电感量由液位决定，即液面的位置液体压力推动磁芯2在线圈3中运动。换算公式为/=^FH 传感器的测量范围<150m，测量误差为±一个脉冲=1英里。

抽象的

一种数字式液位传感器，属于测量技术领域，其特征在于它是一种弹性腔体一体化结构的输入式数字式液位传感器。 该传感器由传感部分、外壳和变送器15组成。传感部分(见附图1)由橡胶模盒1、磁芯2、线圈3、弹簧4和调节螺钉5组成，其中橡胶模箱1为上下伸缩的橡胶弹性腔体，变量变送器15与传感部分安装在一起，使用时无需安装直接滴入待测液体中，同时，传感器输出为脉冲数字信号，可直接与计算机、单片机等后续数字处理电路匹配。 本发明的优点是：成本低，量程调整方便，使用方便。 适用于工农业各个领域，用于测量各种导电和不导电液体物料的液位。

文件编号 G01F23/26GK102322918SQ201110141098

公开日 2012 年 1 月 18 日 申请日 2011 年 5 月 25 日 优先权日 2011 年 5 月 25 日

发明人张英梅、王莉、王丽娟、白雪峰申请人：太原理工大学