專利名稱：數(shù)字檢索式水位傳感器的使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明數(shù)字檢索式水位傳感器的使用方法屬于自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體而言是一種用于水位檢測(cè)的傳感器的使用方法。
背景技術(shù)：
目前國(guó)內(nèi)外在水位檢測(cè)方面采用的技術(shù)和產(chǎn)品不少，歸納起來為以下幾種1、超聲波傳感器。這類產(chǎn)品主要適用寬闊水域的水位探測(cè)。儀器安裝在遠(yuǎn)離水面的上方，向水面發(fā)射和接收電磁波，并測(cè)量電磁波的反射波長(zhǎng)、周期，測(cè)出水面距儀器的距離，從而測(cè)定水位。目前國(guó)內(nèi)外都有此類產(chǎn)品生產(chǎn)廠家。如中國(guó)專利“自適應(yīng)超聲波液位儀”專利號(hào)932031064。
2、壓差式水位傳感器隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體表面擴(kuò)散工藝在傳感器平衡電橋的制作中，得到了廣泛應(yīng)用。擴(kuò)散硅壓差傳感器是利用水的壓強(qiáng)原理，在水底下檢測(cè)水底壓強(qiáng)和標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的壓差。它是通過水底壓強(qiáng)使半導(dǎo)體擴(kuò)散硅薄膜產(chǎn)生形變的壓電效應(yīng)，而獲取水位信號(hào)。目前國(guó)內(nèi)外都有此類產(chǎn)品生產(chǎn)廠家。如中國(guó)專利“壓差計(jì)”公開號(hào)CN 86 1 05681 A。
3、電容式水[物]位傳感器是近些年出現(xiàn)的新產(chǎn)品、技術(shù)，它是依靠電容原理而制作的。電容是由兩極板和介質(zhì)構(gòu)成的，改變介質(zhì)將改變電容量。水作為電容的介質(zhì)，水淹沒傳感器越多，介質(zhì)填充也越多電容量越大。通過檢測(cè)電容量的大小，來檢測(cè)水位。主要由西德、日本、加拿大幾家生產(chǎn)，目前國(guó)內(nèi)也有廠家生產(chǎn)。
4、浮子式水位傳感器它是一種最簡(jiǎn)單的水位傳感器，它由一根不銹鋼管和一個(gè)不銹鋼空心球組成。不銹鋼管內(nèi)裝有四個(gè)干簧繼電器，空心球內(nèi)裝有一塊永久磁鐵，當(dāng)空心球隨著水位上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，磁鐵作用于繼電器。整個(gè)浮子式水位傳感器相當(dāng)于四個(gè)定點(diǎn)水位開關(guān)，用這四個(gè)水位開關(guān)對(duì)水動(dòng)力裝置進(jìn)行控制。它的優(yōu)點(diǎn)是安裝使用方便，強(qiáng)信號(hào)便于輸送，且造價(jià)低/所以適應(yīng)面廣。它的缺點(diǎn)是不能連續(xù)測(cè)量水位，而且它依靠穿在鋼管上的浮球作上下機(jī)械運(yùn)動(dòng)，容易出現(xiàn)雜物堵塞卡殼失誤、特別是在流動(dòng)的水中，上下游水壓差使浮球與鋼管間磨擦力增加，形成卡殼。在工程應(yīng)用中需要建井，使工程造價(jià)大幅提高。如中國(guó)專利“浮子式水位計(jì)”，公開號(hào)CN 86 1 07944 A。
5、直流電極式水位傳感器屬裝配型傳感器，這種形式的傳感器，其檢測(cè)原理是根據(jù)水的導(dǎo)電特性，當(dāng)電極通過與水接觸時(shí)形成直流電流或電壓，直接或經(jīng)一個(gè)電阻及一個(gè)三極管組成的簡(jiǎn)單電路。信號(hào)用導(dǎo)線(一點(diǎn)對(duì)一線多線輸出或簡(jiǎn)單并聯(lián)兩線輸出)傳給后續(xù)處理電路。電極用銅或不銹鋼或其它金屬材料制成，按縱向依次排列在空芯棒外或安裝在棒內(nèi)在棒上至少開一個(gè)進(jìn)水口，使電極能夠接觸到水；由于電極縱向排列，受電極尺寸和電極之間必須留有一定間隙制約，使測(cè)量精度受到限制。如中國(guó)專利“水位變色顯示器”公告號(hào)CN2183556Y，它只適用于小容器或靜止的蓄水池、水塔、集水箱等場(chǎng)合使用(如專利CN2212775Y，CN2072677U，CN2045479U)。由該傳感器的構(gòu)成形式?jīng)Q定了其管內(nèi)和管表空隙處都易滯留泥沙、水垢和污物，容易造成極間連接，引起傳感器失效。該傳感器是以犧牲電極為代價(jià)進(jìn)行水位檢測(cè)的，需經(jīng)常檢修或更換電極，它也是一種簡(jiǎn)單的控制型水位傳感器，實(shí)用性差。(如專利公告號(hào)CN2183556Y，CN2212775Y，CN2072677U中均為一點(diǎn)對(duì)一線多點(diǎn)引出信號(hào))隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，水位監(jiān)測(cè)不只是大型水利工程和工業(yè)自動(dòng)控制中應(yīng)用，高樓大廈的高位水箱、水塔、城市地下水道管網(wǎng)、地下水池水井等等，都需要水位監(jiān)控。都需要新技術(shù)來解決當(dāng)前存在的問題，引黃入晉工程的水位監(jiān)測(cè)問題就是突出的一例。工業(yè)控制和民用事業(yè)中的水位控制，在現(xiàn)代化的今天仍然用的是浮球、浮子式水位控制方式。急需要有新的、既能滿足高性能又能適用面廣的通用水位監(jiān)控裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于1、解決現(xiàn)有技術(shù)不能解決的問題，如傳感器穩(wěn)定性、可靠性和惡劣條件下使用的廣泛適應(yīng)性。
2、擴(kuò)大適用范圍，解決安裝、使用、維護(hù)方便的問題。使之能適應(yīng)滿足各種使用條件。如深井、隧道、下水道、地下管道等水位監(jiān)測(cè)。
3、降低造價(jià)，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適應(yīng)性強(qiáng)的，可直接采樣的普及通用型水位傳感器。
本發(fā)明數(shù)字檢索式水位傳感器，是一種水位信號(hào)可直接數(shù)字取樣的傳感器，一種數(shù)字檢索式水位傳感器，其特征在于是一種由A、B、C三節(jié)組成的對(duì)水位點(diǎn)實(shí)現(xiàn)數(shù)字檢索式取樣的傳感器，按功能A、B、C三節(jié)接插組成，接插部位為全防水接插，其電路芯片部份，用絕緣材料板制成其骨架并按各節(jié)功能組裝相應(yīng)電路，第一節(jié)內(nèi)組裝恒壓電路(11)、休眠式供電電路(12)、微處理器、時(shí)鐘電路(10)及傳感器運(yùn)行軟件拷貝調(diào)試部分，第二節(jié)內(nèi)組裝檢索電路(14)、檢測(cè)電路(16)并安裝傳感元電極(6)，第三節(jié)內(nèi)安裝檢測(cè)信號(hào)發(fā)送電路(3)，固定于支撐骨架背面上的傳感元電極(6)其間隔為1厘米或按使用要求制造，傳感元電極(6)由耐腐蝕材料制成，傳感器芯片電路板(8)與引線端子(9)、信號(hào)發(fā)送器(3)分別按A、B、C三節(jié)，用絕緣材料澆鑄后，成為一個(gè)固體圓型棒式傳感器。
該傳感器特征主要在于兩個(gè)方面，一方面是傳感器電路，另一方面是它特殊的結(jié)構(gòu)。其傳感器電路是由若干個(gè)傳感元電路對(duì)水位逐點(diǎn)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化信號(hào)取樣，由微處理器和軟件檢測(cè)程序構(gòu)成的。數(shù)據(jù)逐點(diǎn)檢索、數(shù)字統(tǒng)計(jì)、數(shù)字變送、輸出數(shù)字信號(hào)等功能(詳見電路原理4)。其傳感器結(jié)構(gòu)在于它是由三節(jié)圓形棒體接插連接構(gòu)成(詳見傳感器結(jié)構(gòu)圖一、圖二、圖三)。第一節(jié)的功能為信號(hào)變送與檢索控制，第二節(jié)功能為檢索檢測(cè)電路，第三節(jié)功能為信號(hào)發(fā)送，每節(jié)內(nèi)的電路板都是置于一個(gè)有上下兩排的支撐骨架上，支撐骨架用絕緣材料制成。支撐骨架的下面固定有若干塊傳感器芯電路板，支撐骨架的上面固定有傳感元電極，傳感元電極之間間隔為1厘米(或按使用要求制造)，傳感器芯片電路板與引線端子、信號(hào)元、外殼用絕緣材料澆鑄后成為一個(gè)固體棒式傳感器。
本發(fā)明數(shù)字檢索式水位傳感器的制備，其特征在于制備分為兩部分進(jìn)行，一部分是電路芯片的制備，另一部分是結(jié)構(gòu)外殼的制備。數(shù)字檢索式水位傳感器按功能分A、B、C三節(jié)接插組成(具體見傳感器結(jié)構(gòu)圖一、圖二、圖三)，接插部位為全防水接插。其電路芯片部份的制備，首先選用絕緣材料板制成其骨架并按各節(jié)功能組裝相應(yīng)電路。第一節(jié)內(nèi)組裝恒壓電路(11)、休眠式供電電路(12)、微處理器、時(shí)鐘電路(10)及傳感器運(yùn)行軟件拷貝調(diào)試。第二節(jié)內(nèi)組裝檢索電路(14)、檢測(cè)電路(16)并安裝傳感元電極6。第三節(jié)內(nèi)安裝檢測(cè)信號(hào)發(fā)送電路(3)。其固定于傳感器芯骨架背面上的傳感元間隔一般為1厘米(也可根據(jù)使用要求設(shè)置)。傳感元電極由耐腐蝕材料制成，最后將制成的傳感器芯放入模具，用可塑性絕緣材料澆鑄成固態(tài)方形(或圓形)棒式傳感器。
上述芯片骨架最好用與澆注材料一致的絕緣材料板制成，傳感元電極最好由非磁性、耐腐、導(dǎo)體材料制成。引線端子是用塑料和環(huán)氧樹脂或其它絕緣材料制成的，具有全封閉能力的防水三芯電器接插件。芯片與外殼經(jīng)澆鑄后成為一個(gè)固態(tài)實(shí)體，其截面一般為直徑40毫米，長(zhǎng)度根據(jù)具體情況一般可設(shè)計(jì)為每節(jié)50-80厘米。其傳感器成型、澆注工藝、壓鑄工藝和設(shè)備用自行設(shè)計(jì)并委托加工的專用設(shè)備。
本發(fā)明數(shù)字檢索式水位傳感器的使用方法，其特征在于第一、該傳感器信號(hào)輸出為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的RS-485接口，與計(jì)算機(jī)及其數(shù)字化儀器儀表直接接軌，數(shù)字檢索式水位傳感器有三部分組成，第一部分的功能是信號(hào)變送與檢索控制，該傳感器的檢索控制系統(tǒng)將采集到的數(shù)字信號(hào)傳遞給信號(hào)變送器，經(jīng)過數(shù)字信號(hào)變送器轉(zhuǎn)換就可直接與通用的RS-485連接。
第二、由傳感器的原理所決定，該傳感器對(duì)安裝地點(diǎn)條件沒有特別的要求，無需建測(cè)井或其他輔助設(shè)施。傳感器自由垂直固定安裝在水位變幅范圍內(nèi)即可使用。為滿足水位變幅范圍內(nèi)的全量程使用，傳感器的B節(jié)，可多節(jié)接插使用(可接插成十幾米到幾十米長(zhǎng))，如安裝條件不能滿足同一點(diǎn)上垂直安裝的情況下(如河灘、海灘、水庫(kù)沿岸，無需豎高架固定安裝)，可實(shí)施按標(biāo)高，分段、分節(jié)，階梯式多點(diǎn)安裝，同樣可實(shí)現(xiàn)連續(xù)監(jiān)測(cè)計(jì)量目得。
第三、信號(hào)遠(yuǎn)傳可建無人職守檢測(cè)站傳感器信號(hào)引出線額定直接輸送3～20公里，信號(hào)可直送中繼站，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)站全程無人值守。
發(fā)明的主要用途及優(yōu)點(diǎn)1、用途用于工礦企業(yè)的水位自動(dòng)化控制。用于礦山、冶金、建材、電力、化工等工礦企業(yè)和水資源管理，水文測(cè)報(bào)的自動(dòng)化檢測(cè)控制。
2、優(yōu)點(diǎn)a、信號(hào)具有抗干擾能力強(qiáng)，不受溫度、電波電場(chǎng)等、環(huán)境條件影響。
b、測(cè)量誤差小，穩(wěn)定可靠。
c、全投入式，具有不怕泥沙污物不怕粉塵堵塞掩埋。
d、安裝、使用、維護(hù)方便。不受安裝條件所限制。


圖1數(shù)字檢索式水位傳感器的結(jié)構(gòu)圖。
圖2數(shù)字檢索式水位傳感器的內(nèi)芯片正面3是數(shù)字檢索式水位傳感器截面4是數(shù)字檢索式水位傳感器原理圖。
1、傳感器A節(jié) 2、傳感器B節(jié)3、傳感器C節(jié) 4、接插連接螺絲5、電路芯體骨架 6、感應(yīng)元電極7、絕緣材料澆鑄材料 8、電路板9、水封引線接插件10、變送、時(shí)鐘、CPU、檢索指令電路11、恒壓電路 12、5V休眠式供電電路13、信號(hào)發(fā)送元 14、檢索電路15、選通電路 16、取樣電路
具體實(shí)施例方式數(shù)字檢索式水位傳感器使用與安裝數(shù)字檢索式水位傳感器是以A、B、C三節(jié)組裝構(gòu)成完整功能的水位傳感器，A、C節(jié)在每個(gè)傳感器中只使用一個(gè)，B節(jié)在使用中可根據(jù)水位變幅的大小可6節(jié)連接垂直安裝。在橋墩、測(cè)井壁和其他具備垂直安裝的地方都可以多節(jié)連接，貼壁安裝，可接插成二十米長(zhǎng)，滿足水位變幅范圍內(nèi)的全量程使用，在安裝條件不能滿足同一點(diǎn)上垂直安裝的情況下(如河灘、海灘、水庫(kù)沿岸，無需豎高架固定安裝)，可實(shí)施按標(biāo)高，分段、分節(jié)，階梯式多點(diǎn)安裝，同樣可實(shí)現(xiàn)連續(xù)監(jiān)測(cè)計(jì)量目得。
引線端子用自行設(shè)計(jì)的帶有水封的接插式引線端子，該接插件，在接插緊固好后無需做其它防水處理。
由傳感器的原理和性能所決定所決定，該傳感器具有特別的信號(hào)遠(yuǎn)傳能力，傳感器信號(hào)輸出線額定直接輸送18公里，信號(hào)可不經(jīng)任何變送電路，直送中繼站，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)站全程無人值守。
權(quán)利要求
1一種數(shù)字檢索式水位傳感器的使用方法，其特征在于第一、該傳感器信號(hào)輸出為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的RS-485接口，與計(jì)算機(jī)及其數(shù)字化儀器儀表直接接軌，數(shù)字檢索式水位傳感器有三部分組成，第一部分的功能是信號(hào)變送與檢索控制，該傳感器的檢索控制系統(tǒng)將采集到的數(shù)字信號(hào)傳遞給信號(hào)變送器，經(jīng)過數(shù)字信號(hào)變送器轉(zhuǎn)換就直接與通用的RS-485連接；第二、該傳感器對(duì)安裝地點(diǎn)條件沒有特別的要求，無需建測(cè)井或其他輔助設(shè)施，傳感器自由垂直固定安裝在水位變幅范圍內(nèi)即可使用，為滿足水位變幅范圍內(nèi)的全量程使用，傳感器的B節(jié)，可多節(jié)接插使用，可接插成十幾米到幾十米長(zhǎng)，可實(shí)施按標(biāo)高，分段、分節(jié)，階梯式多點(diǎn)安裝，同樣可實(shí)現(xiàn)連續(xù)監(jiān)測(cè)計(jì)量目得；第三、信號(hào)遠(yuǎn)傳建立無人職守檢測(cè)站傳感器信號(hào)引出線額定直接輸送3～20公里，信號(hào)可直送中繼站，監(jiān)測(cè)站全程無人值守。
全文摘要
一種數(shù)字檢索式水位傳感器的使用方法，屬于自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體而言是一種用于水位檢測(cè)的傳感器。其特征在于，該傳感器是由A、B、C三節(jié)組成的、由若干個(gè)傳感元對(duì)水位點(diǎn)實(shí)現(xiàn)檢索式數(shù)字信號(hào)取樣的、由微處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、由國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的RS－485接口輸出信號(hào)的、由內(nèi)部電路和可塑性絕緣材料澆鑄而成的三節(jié)固態(tài)圓形棒式傳感器。信號(hào)采樣、處理、變送實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字化，較徹底的回避了模擬量檢測(cè)受溫度、電磁場(chǎng)干擾等不穩(wěn)定、不可靠的因素，在工業(yè)液位、水位自動(dòng)化測(cè)控中，可直接與數(shù)字化系統(tǒng)設(shè)備接軌，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定可靠、安裝維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01F23/22GK1540296SQ20031010963
公開日2004年10月27日 申請(qǐng)日期2003年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月31日
發(fā)明者秦建敏, 馬珺, 馬福昌, 賈秀美 申請(qǐng)人:太原理工大學(xué)