專利名稱：遙測水尺的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及通過測量除線性尺寸、壓力或重量以外的其它與被測液面有關的物理變量指示或測量液體液面，尤其涉及一種遙測水尺。
用水尺測量江河湖庫及地下水的水位是一種古老卻延續(xù)至今的生產(chǎn)方式。隨著生產(chǎn)發(fā)展的需要以及電氣化的進程，本世紀三十年代出現(xiàn)遠距離測量水位的遙測水位計。當時多用于對水電站、船閘等上下游水位的遠距離監(jiān)測。至今，傳統(tǒng)的浮筒式結構，仍占主導地位，不過其轉(zhuǎn)輪帶動的多為具有現(xiàn)代氣息的各種形式的編碼器。但是浮筒式系統(tǒng)的水位計，可動部件多，轉(zhuǎn)換誤差較大，尤其牽引索與導向輪之間的打滑造成積累誤差是重要弊病，還有重要的一點是整個系統(tǒng)占用的空間大，無法應用于水庫大壩測壓管的水位監(jiān)測。
本實用新型的目的在于針對上述之不足提出一種遙測水尺，將水位標量值轉(zhuǎn)換為電氣信號，并實現(xiàn)遠距離對應水位標量值的顯示。
遙測水尺是一種將水位傳感元件與微處理電路封裝在尺體內(nèi)的水尺，其外形似直尺。將其置于水中，便可將水位標量值轉(zhuǎn)換成相應的電氣信號，以實現(xiàn)水位遠距離的測量。本實用新型單元水尺長度為63厘米或99厘米等；根據(jù)不同的量限要求，可以將若干根水尺單元串接使用，各單元水尺之間間隔1厘米。采用掛鉤式的機械連接，電氣聯(lián)接由4根細軟導線完成，所有各單元水尺都可以相互連接互換，并無須考慮順序。
單元尺體內(nèi)由若干金屬氧化物半導體集成電路例如4000系列的CMOS集成電路芯片組裝成一微處理電路，水尺的水位傳感元件是水電極。在以水為導體的電路中，接觸或浸入水中使電路與水構成電氣連接的器件，一般稱之為水電極。本電路中的水電極是將導電材料例如不銹鋼或?qū)щ娝芰现瞥摄T釘狀，等間距垂直均布嵌裝并粘接在尺體上，尺體一般用塑料制作，以形成水與電路的電氣連接。尺體上每厘米裝有一個電極，對尺體內(nèi)部系統(tǒng)而言，這些電極相當于信號輸入口。當在尺體外圍的水中置一正電場時，凡浸入水中的電極都“感受”正電位，其上的數(shù)據(jù)信號為“1”，未浸入水中的電極，其上的數(shù)據(jù)信號為“0”。測量時，啟動尺體內(nèi)部的“讀”電路，按時鐘脈沖節(jié)奏，從尺的底部逐點“讀”取每個電極上的“數(shù)據(jù)”，讀數(shù)為“1”時繼續(xù)“讀”下去，讀數(shù)為“0”時停止工作并關斷信號輸出電路。將時鐘脈沖信號同時作為電路的輸出信號，以完成水位標量值與電脈沖個數(shù)的轉(zhuǎn)換。
本實用新型與現(xiàn)有技術的區(qū)別特征在于設有將水電極元件與刻度即水位標量值合為一體的傳感部件，并將傳感部件與微處理電路封裝于尺體內(nèi)，其測量過程處于相對靜止狀態(tài)，即本實用新型在測量水位的全過程中無可動部件作機械運行。
遙測水尺實際上也是遙測水位計。由于其采用了微電子技術，工作電流小，轉(zhuǎn)換速度快，使功耗減少到完全可以考慮由電池供電的程度。又由于測量過程中處于相對靜止狀態(tài)，可以大大地提高其可靠性和使用壽命。是一種較理想的測壓管水位遙測系統(tǒng)的管口轉(zhuǎn)換設備。
按照遙測水尺的功能，凡是需要遠距離測量水位的領域行業(yè)都可以適用，如水塔、水井、地震預報系統(tǒng)中的地下水位監(jiān)測等，尤其適用于水利電力部門監(jiān)測江河湖庫的水位及穩(wěn)定斷面的流量等。
本實用新型有以下附圖

圖1為單元水尺結構示意圖；圖2為電路原理圖。
下面對照附圖并結合實施例對本實用新型作進一步說明。
以量限為64厘米的單元水尺為例。水尺尺體1為塑料件，橫截面方形，尺寸18×18毫米，電極2用不銹鋼制作，各電極等間距1厘米垂直均布。圖1中3為安裝有集成電路芯片的電路板，4為后蓋，5為端部密封塊，6為進線孔，7為導線密封倉，圖2中電路包括輸入電路8，清零電路9，時鐘電路10，輸出電路11和電源控制電路12。
輸入電路8由九塊八路數(shù)據(jù)選擇器IC1－IC9，實施例為4512芯片組成，這是本實用新型的主要部件。遙測水尺上嵌入的64個電極分8組按順序?qū)尤隝C1－IC8的輸入端X0、X1、…X7；IC1－IC8的輸出端Z1、Z2、…Z8對應接IC9的輸入端X0、X1、…X7，IC9的輸出端Z即為數(shù)據(jù)總線DB。二進制計數(shù)器IC0，實施例為4024芯片，在時鐘脈沖的推動下，順序輸出一組組二進制編碼，其Q1－Q3構成低三位地址，送IC1－IC8地址輸入端，Q4－Q6構成高三位地址，送IC9地址輸入端。
以下分別就被測水位為10厘米及64厘米以上時，對輸入電路的工作過程作出說明。
當被測水位為10厘米時，因被測水位為10厘米，即是自水尺底部而上有10個電極(J1－J10)浸入水中并“感受”電位為“1”態(tài)。電路啟動的瞬間，由上電清零電路使計數(shù)器IC0清零，其Q6－Q1，輸出的編碼為高三位地址000，低三位地址000。低三位000地址決定IC1－IC8輸出端Z1－Z8分別輸出各自X0端(即J1、J9、J17、J25、J33、J41、J49、J57)輸入的數(shù)據(jù)。此時因J1、J9為“1”態(tài)，Z1、Z2輸出“1”信號，而Z3、Z8都輸出“0”。高三位000地址決定IC9的Z端即數(shù)據(jù)總線DB輸出其X0端即Z1的數(shù)據(jù)信號，此時，數(shù)據(jù)總線DB上的數(shù)據(jù)也為“1”；由此決定電路開始工作。第一個時鐘脈沖輸入計數(shù)器后，Q6－Q1輸出編碼為000001，其低三位地址決定IC1－IC8的輸出端Z1－Z8輸出各自X1端(即J2、J10、…J58)輸入的數(shù)據(jù)，此時，J2、J10為“1”態(tài)，Z1、Z2輸出數(shù)據(jù)“1”。此時，又因高三位地址未變，數(shù)據(jù)總線DB仍輸出Z1的數(shù)據(jù)，因其仍為“1”，電路繼續(xù)工作。余此類推。當?shù)?個脈沖到來后，計數(shù)器輸出編碼為001000，低三位地址仍決定了Z1、Z2輸出為“1”，但高三位地址決定了數(shù)據(jù)總線DB“讀”取的是IC2的輸出端Z2輸出的數(shù)據(jù)，這時Z2輸出的是J9輸入的數(shù)據(jù)，仍為“1”。電路繼續(xù)“讀”下去。當?shù)?0個脈沖到來后，計數(shù)器輸出編碼為001010，高三位地址仍然決定數(shù)據(jù)總線DB“讀”的是Z2的輸出，而此時，低三位地址卻決定Z2“讀”取的是其X2端(即J11)的數(shù)據(jù)，J11未浸入水中，是“0”態(tài)，Z2輸出為“0”，數(shù)據(jù)總線DB也為“0”，由此控制時鐘電路隨之停止工作，并關斷信號輸出電路。
當被測水位高于64厘米時，此時水尺全部電極都在水中并“感受”正電位，IC1－IC8的全部輸入端的數(shù)據(jù)都為“1”。計數(shù)器從開始輸出的000000到第63個脈沖后的111111地址編碼，數(shù)據(jù)總線DB“讀”取的數(shù)據(jù)都為“1”。直到第64個脈沖到來后，計數(shù)器輸出端Q7由“0”躍升為“1”，同時，Q6、Q1全部由“1”翻轉(zhuǎn)為“0”。這里把Q7輸出的“1”信號稱為滿檔信號，此信號通過控制電路一方面停止時鐘電路，關斷輸出，另一功用是作為進位信號，用來啟動相鄰的上一級水尺，以繼續(xù)完成超過本尺量限的水位的測量。
清零電路9在接通電源的瞬間，電容器C1及電阻器R1組成的微分電路輸出一尖峰脈沖送至計數(shù)器的清零輸入端，使計數(shù)器清零。同時，經(jīng)或門反相器hF以及與門反相器YF1整形輸出一脈沖至數(shù)據(jù)選擇器的“禁止”端，使數(shù)據(jù)總線DB清零。圖2中的進位信號是相鄰下一級水尺計數(shù)器Q7經(jīng)反相器F1反相后的輸出。在下一級水尺未“滿檔”之前此信號為“1”，與門反相器YF1輸出也為“1”，數(shù)據(jù)選擇器保持“禁止”態(tài)，數(shù)據(jù)總線DB輸出為“0”，時鐘電路不得啟動；當下級水尺“滿檔”后，輸入給本級水尺的進位信號為“0”，與門反相器YF1隨之輸出為“0”，解除數(shù)據(jù)選擇器“禁止”狀態(tài)，時鐘電路隨即自啟動。圖2中的滿檔信號是本級水尺計數(shù)器Q7經(jīng)反相器F2反相后的輸出。計數(shù)器清零后，Q7輸出為“0”，經(jīng)反相后的滿檔信號為“1”，允許與門反相器YF1工作；當本級水尺計滿“64”時，Q7輸出為“1”，滿檔為“0”，此時不論或門反相器hF為何態(tài)，與門反相器YF1都輸出“1”信號至數(shù)據(jù)選擇器“禁止”端，使數(shù)據(jù)總線DB清零。
時鐘電路10是由兩組與門反相器YF2、YF3組成的可控多諧振蕩器。該振蕩電路只有在數(shù)據(jù)總線DB及滿檔信號都為“1”時才能起振并維持振蕩。其振蕩頻率由下式?jīng)Q定f＝1／(1.4～2.2)RtCt≈10KHz輸出電路11中，時鐘電路送來的時鐘脈沖，由反相器F3及三態(tài)反相驅(qū)動器IC10，實施例為4502芯片，兩次倒相后，經(jīng)輸出總線OUTBUS輸出。三態(tài)反相驅(qū)動器IC10三態(tài)控制端的信號來自與門反相器YF4的輸出，而與門反相器YF4的輸入－為數(shù)據(jù)總線DB，另一為滿檔信號，因此IC10的工作狀態(tài)受控于數(shù)據(jù)總線DB及滿檔信號，當數(shù)據(jù)總線DB與滿檔信號同時為“1”時，與門反相器YF4輸出為“0”，時鐘脈沖經(jīng)IC10、輸出總線OUTBUS輸出；而當數(shù)據(jù)總線DB、滿檔信號中任意一個為“0”，或同時為“0”時，與門反相器YF4輸出“1”信號至IC10的三態(tài)控制端，從而使IC10的輸出端呈高阻狀態(tài)，即關斷本級水尺的輸出，又保證相鄰水尺的信號輸出不受影響。實施例中hF、F1－3合為4001芯片，YF1－4合為4011芯片。
本遙測水尺不連續(xù)工作，轉(zhuǎn)換顯示電路采用尋呼應答的工作方式，只有在接收到“呼叫”信號時才工作，并發(fā)出相應的脈沖信號，尋呼一次，工作一次，即“應答”一次；如需水尺連續(xù)工作，可按一定的時間間隔，一次接一次地“呼叫”。所謂“呼叫”某根水尺工作，即是起動電源控制電路12給該水尺供給電源的繼電器ZJ，水尺一接上電源即行工作，測量完一次水位并發(fā)出相應信號后，自行停止工作，待繼電器ZJ復歸斷電后，電路回復原始狀態(tài)，下一次測量才可以進行。
權利要求1.一種包括用于水位傳感的水電極以及實現(xiàn)水位標量值與電氣信號轉(zhuǎn)換并采用尋呼應答方式實現(xiàn)遠距離對應水位標量值顯示的電路的遙測水尺，其特征在于1.1水電極是將導電材料制成鉚釘狀，等間距垂直均布嵌裝并粘接在尺體上，組成水電極元件與刻度即水位標量值合為一體的傳感部件；1.2轉(zhuǎn)換顯示電路是由CMOS集成電路芯片組裝以實現(xiàn)水位標量值與電脈沖個數(shù)轉(zhuǎn)換的微處理電路，它與傳感部件封裝于尺體內(nèi)，測量過程處于相對靜止狀態(tài)。
專利摘要一種遙測水尺，設有將水電極元件與刻度即水位標量值合為一體的傳感部件，并將傳感部件與微處理電路封裝于尺體內(nèi)，其測量過程處于相對靜止狀態(tài)，無可動部件作機械運行，具有工作電流小，轉(zhuǎn)換速度快，可靠性高和使用壽命長的優(yōu)點，是一種較理想的測壓管水位遙測系統(tǒng)的管口轉(zhuǎn)換設備。凡是需要遠距離測量水位的領域行業(yè)都可適用，尤其適用于水利電力部門監(jiān)測江河湖庫的水位及穩(wěn)定斷面的流量等。
文檔編號G01F23/22GK2087776SQ9120433
公開日1991年10月30日 申請日期1991年3月15日 優(yōu)先權日1991年3月15日
發(fā)明者張德松 申請人:張德松