專利名稱：壓力式數(shù)字物位傳感器及其測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種物位傳感器及其測量方法，特別是一種利用壓力測量物位的數(shù)字傳感器 及其測量方法，屬于傳感器技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景目前利用壓力進(jìn)行物位測量的主要是用于液位測量，用于料位測量的并不多見?，F(xiàn)有利 用靜壓原理測量液位的產(chǎn)品有LU400， DB50/53, UBY-3103等多種靜壓式液位計(jì)，其中在工業(yè)生 產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的有壓差式液位變送器，如LY-P200系列差壓式變送器是蘭宇電氣自動化有限公 司開發(fā)研制的全新型工業(yè)壓力變送器。靜壓式測量主要是由擴(kuò)散硅作為感應(yīng)元件，當(dāng)被測壓 力作用在其上時，由于擴(kuò)散硅傳感器的壓阻效應(yīng)，使其產(chǎn)生應(yīng)變而導(dǎo)致擴(kuò)散在惠斯登橋路上 的應(yīng)變電阻阻值發(fā)生變化，從而引起橋路失衡而輸出相應(yīng)的電壓信號，經(jīng)集成運(yùn)算放大器的 差分放大，再通過V/I電壓電流轉(zhuǎn)換器,轉(zhuǎn)換成與被測介質(zhì)的液位壓力成線性對應(yīng)關(guān)系的直流 4 20mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號輸出。測量時將變送頭放入儲有液體的容器底部，容器內(nèi)液體所產(chǎn)生的 壓力使變送頭得到一個壓力信號，這個信號正比于液面高度，壓力信號經(jīng)變送器輸出4 20mA 的電流信號。通過電流信號測量得到液位值。但是，這種液位變送器只能測量粘度小和純凈 的液體介質(zhì)，而且壓差式液位變送器在測量時，其變送頭位置的液體也要保持靜態(tài)，否則液 體對變送頭的沖刷會造成壓力波動，導(dǎo)致液位變送器測量出現(xiàn)較大誤差。同時這些傳感器對 固態(tài)物位的測量就無能為力了。 發(fā)明內(nèi)容針對上述利用靜壓原理測量物料位以及壓差式液位變送器測量液位的不足，本發(fā)明提供 一種壓力式數(shù)字物位傳感器，該傳感器能夠測量液體、粉態(tài)或小顆粒狀固體的物料位，而且 在測量液位時對液體的清潔度無要求，傳感器液位測量也不受各點(diǎn)液位壓力波動的影響。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明壓力式數(shù)字物位傳感器的技術(shù)方案是在一棒狀體上設(shè)有至少 兩個壓電陶瓷片，并由兩根導(dǎo)線分別連接有微電壓檢測集成電路及電源。本發(fā)明壓力式數(shù)字物位傳感器的棒狀體構(gòu)造是長方體型、圓柱型或是其它可設(shè)置壓電陶 瓷片的棒狀體；所述的設(shè)有至少兩個壓電陶瓷片的設(shè)置是縱向等距，其長度為所測物位的高 度；所述的微電壓檢測集成電路是由電壓放大電路、電壓整形電路、電壓比較電路、掃描統(tǒng) 計(jì)電路、輸出電路集成為一體構(gòu)成的微電壓檢測集成電路板。本發(fā)明一種用于壓力式數(shù)字物位傳感器的測量方法，該方法是將壓力式數(shù)字物位傳感器安裝在待測物料中，由壓電陶瓷片感應(yīng)壓力，當(dāng)物料掩埋壓電陶瓷片時，感應(yīng)到壓力的每個 壓電陶瓷片通過內(nèi)部電路的濾波、放大、整形和比較后使輸出電路轉(zhuǎn)變成高電平的狀態(tài)"l"; 而沒有被物料掩埋的壓電陶瓷片就不會感受到壓力，其輸出還保持原來的狀態(tài)"0";通過掃 描電路統(tǒng)計(jì)微電壓檢測集成電路狀態(tài)"0"或者是"1"的個數(shù)，即得數(shù)字物位值。該數(shù)字物 位值通過電纜或無線的方式傳送于二次儀表或上位機(jī)進(jìn)行處理，并數(shù)字顯示。本發(fā)明采用具有壓電特性的材料——壓電陶瓷做敏感元，當(dāng)壓力作用在壓電陶瓷片上時， 壓電陶瓷片會產(chǎn)生與壓力成正比的電信號，該信號通過內(nèi)部電路的濾波、放大、整形和比較 后都將變成統(tǒng)一的高電平狀態(tài)"1"，也就是無論壓力的大小，只要有壓力都會使敏感元的狀 態(tài)變成高電平，這與沒有壓力作用的壓電陶瓷片的低電平狀態(tài)"0"態(tài)區(qū)分明顯。將壓電陶瓷 片等間距排成一列，固定在棒狀體如PVC矩形槽里的電路板上，每個陶瓷片的兩極通過導(dǎo)線 焊在電路板上，然后用環(huán)氧樹脂將把其縫隙填滿、填平，增加傳感器的強(qiáng)度。將傳感器放入 待測物容器內(nèi)，無論固體還是液體物質(zhì)都會對物位以下的所有壓電陶瓷片產(chǎn)生側(cè)壓力，壓電 陶瓷片將側(cè)壓力反應(yīng)為電路高低電平狀態(tài)的變化，統(tǒng)計(jì)到這種狀態(tài)變化的個數(shù)，最后產(chǎn)生數(shù) 字物位值。本發(fā)明該物位傳感器測量液位時不受液體清潔度、粘稠度的影響，還能測量固體物料位。 本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，使用方便。傳感器測量物位時所受干擾因素較少，不受被測物體的介電常 數(shù)、磁導(dǎo)率、電阻率等物理性能影響，是一種通過對壓力的感應(yīng)而對物位進(jìn)行直接數(shù)字化采 樣的物位測量裝置。


圖l是壓力式數(shù)字物位傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖 圖2是壓力式數(shù)字物位傳感器的電路原理示意框中1:壓電陶瓷片 2:矩形柱 3:電纜 4:電纜接頭具體實(shí)施方式
本發(fā)明將結(jié)合附圖用具體實(shí)施方式
能夠?qū)Ρ景l(fā)明作出進(jìn)一步的詳細(xì)說明，使本專業(yè)的技 術(shù)人員能夠按照該具體實(shí)施方式
作出本發(fā)明所述的壓力式數(shù)字物位傳感器，而且也能夠用本 發(fā)明壓力式數(shù)字物位傳感器測量物位并數(shù)字顯示。在具體實(shí)施方式
之前需要說明的是，本發(fā)明所述的棒狀體的構(gòu)造是可以做成長方體型、 也可以做成圓柱型、還可以做成其它可以設(shè)置壓電陶瓷片1和微電壓檢測集成電路連接電源的 并由環(huán)氧樹脂澆注成為一體的棒狀體；在棒狀體上設(shè)置兩個或者是兩個以上的壓電陶瓷片l 是縱向豎直等距，其間距的大小決定測量的精度，其長度是所測物位的高度，或者說是根據(jù) 被測物料需要的測量高度而設(shè)置的；在壓電陶瓷片l上連接的微電壓檢測集成電路是由電壓放大電路、電壓整形電路、電壓比較電路、掃描統(tǒng)計(jì)電路、輸出電路集成為一體構(gòu)成的微電壓 檢測集成電路板，再將其接通電源。下面以"長方體"構(gòu)造的棒狀體來進(jìn)一步詳細(xì)說明壓力式數(shù)字物位傳感器的具體實(shí)施方式
。本發(fā)明采用PVC材料制做成長方體柱2，在其內(nèi)固定有由電壓放大電路、電壓整形電路、 電壓比較電路、掃描統(tǒng)計(jì)電路、輸出電路集成的微電壓檢測集成電路。其次選用壓力承受范 圍大的壓電陶瓷片1，并將100個陶瓷片1按lcm間距縱向等距固定設(shè)置在長方體柱2的正 面上，每個陶瓷片1的兩極導(dǎo)線引出焊在微電壓檢測集成電路板上，并連接電源。最后用環(huán) 氧樹脂將長方體柱2內(nèi)的陶瓷片1和微電壓檢測集成電路板澆注成為一起，制成測量精度為 lcm測量高度為lni的數(shù)字物位傳感器。使用時，將數(shù)字物位傳感器放置到被測物料中固定，當(dāng)放入物料以后，被物料掩埋的壓 電陶瓷片l由于受側(cè)壓力的作用產(chǎn)生電壓信號輸出，該信號通過內(nèi)部電路的濾波、放大、整形 和比較后，使其輸出變?yōu)楦唠娖降臓顟B(tài)，沒有被物料掩埋的壓電陶瓷片l呈現(xiàn)低電平狀態(tài)，統(tǒng) 計(jì)所有的高電平狀態(tài)得到數(shù)字物位值，當(dāng)前數(shù)字物位值通過電纜接頭4的電纜3送給二次儀表 或上位機(jī)，即可對所測物位數(shù)字值進(jìn)行顯示或處理。
權(quán)利要求
1.一種壓力式數(shù)字物位傳感器，其特征在于棒狀體上設(shè)有至少兩個壓電陶瓷片(1)，并由兩根導(dǎo)線分別連接微電壓檢測集成電路及電源。
2. 如權(quán)利要求1所述的壓力式數(shù)字物位傳感器，其特征在于棒狀體的構(gòu)造是長方體型、圓 柱型或是其它可設(shè)置壓電陶瓷片(1)和微電壓檢測集成電路連接電源的并由環(huán)氧樹脂澆注成 為一起的棒狀體壓力式數(shù)字物位傳感器。
3. 如權(quán)利要求1所述的壓力式數(shù)字物位傳感器，其特征在于設(shè)有至少兩個壓電陶瓷片(1) 的設(shè)置是縱向等距，其長度是所測物位的高度。
4. 如權(quán)利要求l所述的壓力式數(shù)字物位傳感器，其特征在于微電壓檢測集成電路是由電壓 放大電路、電壓整形電路、電壓比較電路、掃描統(tǒng)計(jì)電路、輸出電路集成為一體的微電壓檢 測集成電路板。
5. —種用于權(quán)利要求1所述的壓力式數(shù)字物位傳感器的測量方法，該方法是將壓力式數(shù) 字物位傳感器設(shè)置在待測物料中，壓電陶瓷片(1)感應(yīng)側(cè)壓力，感應(yīng)到側(cè)壓力的每個壓電陶 瓷片(1)其輸出信號通過電路的濾波、放大、整形和比較后使其輸出轉(zhuǎn)變成高電平的狀態(tài)， 統(tǒng)計(jì)所有高電平狀態(tài)得到數(shù)字物位值，再將數(shù)字物位值送與二次儀表或上位機(jī)，進(jìn)行處理或 數(shù)字顯示。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種壓力式數(shù)字物位傳感器是在一種棒狀體上設(shè)有多個壓電陶瓷片垂直等距構(gòu)成一列，并連接有微電壓檢測集成電路及電源。測量時，物位以下的每個壓電陶瓷片會產(chǎn)生微弱電信號，電信號經(jīng)濾波、放大、整形和比較后變成幅值確定的高電平“1”狀態(tài)，與物位以上多個壓電陶瓷片輸出的低電平“0”狀態(tài)明顯區(qū)分，采集電路統(tǒng)計(jì)所有高電平“1”的個數(shù)就是當(dāng)前數(shù)字物位值。本發(fā)明在測量時與被測物的介電常數(shù)、磁導(dǎo)率、電阻率等物理性能無關(guān)，具有探測可靠性好、精度高，結(jié)構(gòu)簡單，尤其適用于煤倉、糧倉等粉態(tài)或小顆粒狀固體物位的測量。
文檔編號G01F23/14GK101261148SQ20081005485
公開日2008年9月10日 申請日期2008年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月16日
發(fā)明者青 呂, 周義仁 申請人:太原理工大學(xué)