專利名稱：一種高精度液位、溫度、密度多功能測量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于液位測量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及到一種高精度液位、溫度、密度多功能測量系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
液位測量是企業(yè)自動化的重要檢測指標(biāo)，在生產(chǎn)過程中對罐、釜、塔等液位和界面的檢測與控制對自動化生產(chǎn)有著重要的意義。市場上液位測量儀器的種類很多，差壓式液位計是應(yīng)用最為廣泛的種類之一，它的通過測量液體靜壓力來獲得液位信息，具有結(jié)構(gòu)簡單、測量精確和安裝維修方便等特點，廣泛適用于化工、冶金、電站、水利、城市供水和工業(yè)廢水等領(lǐng)域。但是，在現(xiàn)有差壓液位計液位計算公式中，采用的是固定的液體密度，一般被測液 體的密度受溫度、壓力、成分等因素影響較大，造成壓力傳感器測量的壓力不確定度也比較大。在要求對液位進行高精度測量的場合，例如柴油、汽油小型罐箱，市場上普通的差壓液位計難以滿足其要求，而且現(xiàn)有液位計功能單一，不能測量液體的密度、溫度等信息，無法對液體信息進行全面的反饋。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種高精度液位、溫度、密度多功能測量系統(tǒng)，可以同時測量液體的液位、密度和溫度，具有精度高、靈敏度高、線性度好的特點。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下一種高精度液位、溫度、密度多功能測量系統(tǒng)，包括液位變送器1，液位變送器I的輸出信號送入信號調(diào)理與顯示電路13 ；所述的液位變送器1，其殼體頂部與連接桿2底部連接，連接桿2頂部通過轉(zhuǎn)接座3與防爆接線盒4相連，信號調(diào)理與顯示電路13固定于防爆接線盒4內(nèi)，對比測量傳感器8和主液位測量傳感器6以上下分布垂直于液面的方式封裝于液位變送器I殼體內(nèi)，位于下部的主液位測量傳感器6的背面還設(shè)置有溫度傳感器5，對比測量傳感器8、主液位測量傳感器6和溫度傳感器5的信號輸出端通過導(dǎo)氣電纜7和信號調(diào)理與顯示電路13的連接；所述的信號調(diào)理與顯示電路13包括第一信號變送單元9和第二信號變送單元10，第一信號變送單元9和第二信號變送單元10的輸入端分別與主液位測量傳感器6和對比測量傳感器8的信號輸出端連接，第一信號變送單元9和第二信號變送單元10的輸出端分別與主處理器單元11的第一輸入端、第二輸入端連接，溫度傳感器5的信號輸出端和主處理器單元11的第三輸入端連接，主處理器單元11的輸出端和LED顯示單元12的輸入端連接。所述的液位變送器I和連接桿2使用不銹鋼封裝結(jié)構(gòu)。所述的對比測量傳感器8和主液位測量傳感器6采用高精度MEMS微壓傳感器。
所述的溫度傳感器5采用數(shù)字型溫度傳感器DS18B20。所述的第一信號變送單兀9、第二信號變送單兀10基于AD693芯片。所述的主處理器單元11基于C8051F020單片機。本發(fā)明測量簡單可靠，可高精度測量液位、密度和溫度；液位變送器I和連接桿2使用不銹鋼封裝結(jié)構(gòu)不僅適用于普通水的測量，還適用于高溫、粘稠、腐蝕等介質(zhì)特殊場合的液位測量。


圖I是本發(fā)明的原理框圖。圖2是本發(fā)明外形結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3是液位變送器I結(jié)構(gòu)示意圖。圖4- (a)是主處理器單元11的電路圖，圖4- (b)是第一信號變送單元9的電路圖，圖4- (c)是第二信號變送單元10的電路圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做詳細(xì)描述。如圖I所示，一種高精度液位、溫度、密度多功能測量系統(tǒng)，包括液位變送器1，液位變送器I的輸出信號送入信號調(diào)理與顯示電路13 ； 如圖2和圖3所示，所述的液位變送器I，其殼體頂部與連接桿2底部連接，連接桿2頂部通過轉(zhuǎn)接座3與防爆接線盒4相連，信號調(diào)理與顯示電路13通過螺栓連接固定于防爆接線盒4內(nèi)，對比測量傳感器8和主液位測量傳感器6以上下分布垂直于液面的方式封裝于液位變送器I殼體內(nèi)，位于下部的主液位測量傳感器6的背面還設(shè)置有溫度傳感器5，對比測量傳感器8、主液位測量傳感器6和溫度傳感器5的信號輸出端通過導(dǎo)氣電纜7和信號調(diào)理與顯示電路13的連接；所述的信號調(diào)理與顯示電路13包括第一信號變送單元9和第二信號變送單元10，第一信號變送單元9和第二信號變送單元10的輸入端分別與主液位測量傳感器6和對比測量傳感器8的信號輸出端連接，第一信號變送單元9和第二信號變送單元10的輸出端分別與主處理器單元11的第一輸入端、第二輸入端連接，溫度傳感器5的信號輸出端和主處理器單元11的第三輸入端連接，主處理器單元11的輸出端和LED顯示單元12的輸入端連接。所述的液位變送器I和連接桿2使用不銹鋼封裝結(jié)構(gòu)。所述的對比測量傳感器8和主液位測量傳感器6采用高精度MEMS微壓傳感器。所述的溫度傳感器5采用數(shù)字型溫度傳感器DS18B20。如圖4_(a)所示，所述的主處理器單元11選用了 C8051F020單片機，第一信號變送單元9和第二信號變送單元10輸出的兩路電壓信號送入主處理單元11取得絕對差值并進行A/D轉(zhuǎn)換、濾波以及密度換算，得到密度信息，同時主液位測量傳感器8輸出的一路電壓信號在主處理器11內(nèi)進行單端輸入形式的A/D轉(zhuǎn)換，經(jīng)進一步處理得到液位信息，數(shù)字型溫度傳感器DS18B20輸出為數(shù)字信號直接送入單片機進行換算得到溫度信息。C8051F020單片機片上集成了 12位8通道ADC，不需要片外模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，簡化了電路結(jié)構(gòu)，具有較高的精度。如圖4- (b)，4_ (c)所示，所述的第一信號變送單元9、第二信號變送單元10具有相同的電路結(jié)構(gòu)，都采用了 AD693芯片，主液位測量傳感器6和對比測量傳感器8輸出信號分別送入第一信號變送單元9和第二信號變送單元10進行濾波、放大等處理得到兩路1-5V標(biāo)準(zhǔn)信號。本發(fā)明的工作原理為使用時，液位變送器I的下端垂直于液面固定在液面下，液位變送器I的下端固定在液面上，位于液位變送器I下端的主液位測量傳感器6和位于液位變送器I上端的對比測量傳感器8通過導(dǎo)氣電纜7背壓直通大氣，主液位測量傳感器6和對比測量傳感器8迎液面進行液體的壓力測量；溫度傳感器5進行溫度測量。密度測量原理AP=P6 — P8=P . g. L ;其中P6、P8分別為主液位測量傳感器6和對比測量傳感器8的壓力輸出值；L-主液位測量傳感器6和對比測量傳感器8的高度差； P -被測介質(zhì)密度；g_被測當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣取Ｖ饕何粶y量傳感器6和對比測量傳感器8的高度差為定值，測得的差壓ΛΡ與液體的密度P成正比，這樣就把測量液體密度的問題變成了測量差壓的問題。液位測量原理當(dāng)液位計投入到被測液體中某一深度時，主液位測量傳感器6迎液面受到的壓力為P6= P · g. H+Po ;式中P-主液位測量傳感器6迎液面所受壓力；P -被測液體密度，通過主液位測量傳感器6和對比測量傳感器8測出；g-當(dāng)?shù)刂亓铀俣龋籔o-液面上大氣壓；H-變送器投入液體的深度。同時，將液面上的大氣壓Po引至主液位測量傳感器6的負(fù)壓腔以抵消傳感器迎液面的Po，使主液位測量傳感器6測得壓力為F6=P . g. H。因此，主液位測量傳感器6測得壓力與液體的高度H成正比，這樣就把測量液體的高度的問題變成了測量壓力的問題。在測量過程中，主液位測量傳感器6和對比測量傳感器8輸出的兩路信號分別送入第一信號變送單元9和第二信號變送單元10進行放大、濾波和V/I變換等處理變成I一5V的標(biāo)準(zhǔn)電壓信號。兩路電壓信號送入主處理單元11取得絕對差值并進行A/D轉(zhuǎn)換、濾波以及密度換算，得到密度信息，同時主液位測量傳感器8輸出的一路電壓信號在主處理器11內(nèi)進行單端輸入形式的A/D轉(zhuǎn)換，經(jīng)進一步處理得到液位信息。數(shù)字型溫度傳感器DS18B20輸出為數(shù)字信號直接送入單片機進行換算得到溫度信息。最后將單片機處理所得密度、液位和溫度等數(shù)據(jù)送入LED顯示單元12顯示出來。主液位傳感器6和對比測量傳感器8由于“溫漂”造成在不同環(huán)境溫度下的測量誤差，在主液位傳感器6背部安裝溫度傳感器5測量溫度值，并且根據(jù)所測溫度值補償溫度對測量結(jié)果造成的影響，可以有效提高密度和液位的測量精度。壓阻式元件的壓阻系數(shù)有較大的溫度系數(shù)，導(dǎo)致MEMS微壓傳感器的靈敏度和零點漂移較大，本發(fā)明采用了基于最小二乘法的溫度補償算法，提高輸出結(jié)果的線性度。本發(fā)明采用了中位值平均濾波法可消除由于脈沖干擾所引起的采樣值偏差，提高測量的精度，同時軟件濾波具有比硬件濾波更好地效果，而且簡化了電路。
權(quán)利要求
1.一種高精度液位、溫度、密度多功能測量系統(tǒng)，包括液位變送器(I)，其特征在于液位變送器(I)的輸出信號送入信號調(diào)理與顯示電路(13)； 所述的液位變送器(1)，其殼體頂部與連接桿(2)底部連接，連接桿(2)頂部通過轉(zhuǎn)接座(3)與防爆接線盒(4)相連，信號調(diào)理與顯示電路(13)固定于防爆接線盒(4)內(nèi)，對比測量傳感器(8)和主液位測量傳感器(6)以上下分布垂直于液面的方式封裝于液位變送器(I)殼體內(nèi)，位于下部的主液位測量傳感器(6)的背面還設(shè)置有溫度傳感器(5)，對比測量傳感器(8)、主液位測量傳感器(6)和溫度傳感器(5)的信號輸出端通過導(dǎo)氣電纜(7)和信號調(diào)理與顯示電路(13)的連接； 所述的信號調(diào)理與顯示電路(13)包括第一信號變送單元(9)和第二信號變送單元(10)，第一信號變送單元(9)和第二信號變送單元(10)的輸入端分別與主液位測量傳感器(6)和對比測量傳感器(8)的信號輸出端連接，第一信號變送單元(9)和第二信號變送單元(10)的輸出端分別與主處理器單元(11)的第一輸入端、第二輸入端連接，溫度傳感器(5)的信號輸出端和主處理器單元(11)的第三輸入端連接，主處理器單元(11)的輸出端和LED顯示單元(12)的輸入端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高精度液位、溫度、密度多功能測量系統(tǒng)，其特征在于所述的液位變送器(I)和連接桿(2)使用不銹鋼封裝結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高精度液位、溫度、密度多功能測量系統(tǒng)，其特征在于所述的對比測量傳感器(8)和主液位測量傳感器(6)采用高精度MEMS微壓傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高精度液位、溫度、密度多功能測量系統(tǒng)，其特征在于所述的溫度傳感器(5)采用數(shù)字型溫度傳感器DS18B20。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高精度液位、溫度、密度多功能測量系統(tǒng)，其特征在于所述的第一信號變送單元(9)、第二信號變送單元(10)基于AD693芯片。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高精度液位、溫度、密度多功能測量系統(tǒng)，其特征在于所述的主處理器單元(11)基于C8051F020單片機。
全文摘要
一種高精度液位、溫度、密度多功能測量系統(tǒng)，包括液位變送器，液位變送器的輸出信號送入信號調(diào)理與顯示電路；液位變送器殼體與連接桿連接，連接桿通過轉(zhuǎn)接座與防爆接線盒相連，信號調(diào)理與顯示電路固定于防爆接線盒內(nèi)，對比測量傳感器和主液位測量傳感器以上下分布垂直于液面的方式封裝于液位變送器殼體內(nèi)，主液位測量傳感器的背面還設(shè)置有溫度傳感器，信號調(diào)理與顯示電路包括兩個信號變送單元，并分別與主液位測量傳感器和對比測量傳感器連接，兩個信號變送單元與主處理器單元連接，溫度傳感器和主處理器單元連接，主處理器單元和LED顯示單元連接，本發(fā)明可以同時測量液體的液位、密度和溫度，具有精度高、靈敏度高、線性度好的特點。
文檔編號G01F23/14GK102778255SQ20121024048
公開日2012年11月14日 申請日期2012年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月12日
發(fā)明者牛喆, 王建軍, 趙玉龍, 郭方方 申請人:西安交通大學(xué)