CN101261148B - 压力式数字物位传感器及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种压力式数字物位传感器，是在一种棒状体上设有多个压电陶瓷片垂直等距构成一列，并连接有微电压检测集成电路及电源。测量时，物位以下的每个压电陶瓷片会产生微弱电信号，电信号经滤波、放大、整形和比较后变成幅值确定的高电平“1”状态，与物位以上多个压电陶瓷片输出的低电平“0”状态明显区分，采集电路统计所有高电平“1”的个数就是当前数字物位值。本发明在测量时与被测物的介电常数、磁导率、电阻率等物理性能无关，具有探测可靠性好、精度高，结构简单，尤其适用于煤仓、粮仓等粉态或小颗粒状固体物位的测量。

Description

压力式数字物位传感器及其测量方法

技术领域

本发明涉及一种物位传感器及其测量方法，特别是一种利用压力测量物位的数字传感器及其测量方法，属于传感器技术领域。

背景技术

目前利用压力进行物位测量的主要是用于液位测量，用于料位测量的并不多见。现有利用静压原理测量液位的产品有LU400，DB50/53，UBY-3103等多种静压式液位计，其中在工业生产中广泛应用的有压差式液位变送器，如LY-P200系列差压式变送器是兰宇电气自动化有限公司开发研制的全新型工业压力变送器。静压式测量主要是由扩散硅作为感应元件，当被测压力作用在其上时，由于扩散硅传感器的压阻效应，使其产生应变而导致扩散在惠斯登桥路上的应变电阻阻值发生变化，从而引起桥路失衡而输出相应的电压信号，经集成运算放大器的差分放大，再通过V/I电压电流转换器，转换成与被测介质的液位压力成线性对应关系的直流4～20mA标准电流信号输出。测量时将变送头放入储有液体的容器底部，容器内液体所产生的压力使变送头得到一个压力信号，这个信号正比于液面高度，压力信号经变送器输出4～20mA的电流信号。通过电流信号测量得到液位值。但是，这种液位变送器只能测量粘度小和纯净的液体介质，而且压差式液位变送器在测量时，其变送头位置的液体也要保持静态，否则液体对变送头的冲刷会造成压力波动，导致液位变送器测量出现较大误差。同时这些传感器对固态物位的测量就无能为力了。

发明内容

针对上述利用静压原理测量物料位以及压差式液位变送器测量液位的不足，本发明提供一种压力式数字物位传感器，该传感器能够测量液体、粉态或小颗粒状固体的物料位，而且在测量液位时对液体的清洁度无要求，传感器液位测量也不受各点液位压力波动的影响。

为了达到上述目的，本发明压力式数字物位传感器的技术方案是在一棒状体上设有至少两个压电陶瓷片，并由两根导线分别连接有微电压检测集成电路及电源。

本发明压力式数字物位传感器的棒状体构造是长方体型、圆柱型或是其它可设置压电陶瓷片的棒状体；所述的设有至少两个压电陶瓷片的设置是纵向等距，其长度为所测物位的高度；所述的微电压检测集成电路是由电压放大电路、电压整形电路、电压比较电路、扫描统计电路、输出电路集成为一体构成的微电压检测集成电路板。

本发明一种用于压力式数字物位传感器的测量方法，该方法是将压力式数字物位传感器安装在待测物料中，由压电陶瓷片感应压力，当物料掩埋压电陶瓷片时，感应到压力的每个压电陶瓷片通过内部电路的滤波、放大、整形和比较后使输出电路转变成高电平的状态“1”；而没有被物料掩埋的压电陶瓷片就不会感受到压力，其输出还保持原来的状态“0”；通过扫描电路统计微电压检测集成电路状态“0”或者是“1”的个数，即得数字物位值。该数字物位值通过电缆或无线的方式传送于二次仪表或上位机进行处理，并数字显示。

本发明采用具有压电特性的材料——压电陶瓷做敏感元，当压力作用在压电陶瓷片上时，压电陶瓷片会产生与压力成正比的电信号，该信号通过内部电路的滤波、放大、整形和比较后都将变成统一的高电平状态“1”，也就是无论压力的大小，只要有压力都会使敏感元的状态变成高电平，这与没有压力作用的压电陶瓷片的低电平状态“0”态区分明显。将压电陶瓷片等间距排成一列，固定在棒状体如PVC矩形槽里的电路板上，每个陶瓷片的两极通过导线焊在电路板上，然后用环氧树脂将把其缝隙填满、填平，增加传感器的强度。将传感器放入待测物容器内，无论固体还是液体物质都会对物位以下的所有压电陶瓷片产生侧压力，压电陶瓷片将侧压力反应为电路高低电平状态的变化，统计到这种状态变化的个数，最后产生数字物位值。

本发明该物位传感器测量液位时不受液体清洁度、粘稠度的影响，还能测量固体物料位。本发明结构简单，使用方便。传感器测量物位时所受干扰因素较少，不受被测物体的介电常数、磁导率、电阻率等物理性能影响，是一种通过对压力的感应而对物位进行直接数字化采样的物位测量装置。

附图说明

图1是压力式数字物位传感器的结构示意图

图2是压力式数字物位传感器的电路原理示意框图

图中：1：压电陶瓷片    2：矩形柱    3：电缆    4：电缆接头

具体实施方式

本发明将结合附图用具体实施方式能够对本发明作出进一步的详细说明，使本专业的技术人员能够按照该具体实施方式作出本发明所述的压力式数字物位传感器，而且也能够用本发明压力式数字物位传感器测量物位并数字显示。

在具体实施方式之前需要说明的是，本发明所述的棒状体的构造是可以做成长方体型、也可以做成圆柱型、还可以做成其它可以设置压电陶瓷片1和微电压检测集成电路连接电源的并由环氧树脂浇注成为一体的棒状体；在棒状体上设置两个或者是两个以上的压电陶瓷片1是纵向竖直等距，其间距的大小决定测量的精度，其长度是所测物位的高度，或者说是根据被测物料需要的测量高度而设置的；在压电陶瓷片1上连接的微电压检测集成电路是由电压放大电路、电压整形电路、电压比较电路、扫描统计电路、输出电路集成为一体构成的微电压检测集成电路板，再将其接通电源。

下面以“长方体”构造的棒状体来进一步详细说明压力式数字物位传感器的具体实施方式。

本发明采用PVC材料制做成长方体柱2，在其内固定有由电压放大电路、电压整形电路、电压比较电路、扫描统计电路、输出电路集成的微电压检测集成电路。其次选用压力承受范围大的压电陶瓷片1，并将100个陶瓷片1按1cm间距纵向等距固定设置在长方体柱2的正面上，每个陶瓷片1的两极导线引出焊在微电压检测集成电路板上，并连接电源。最后用环氧树脂将长方体柱2内的陶瓷片1和微电压检测集成电路板浇注成为一起，制成测量精度为1cm测量高度为1m的数字物位传感器。

使用时，将数字物位传感器放置到被测物料中固定，当放入物料以后，被物料掩埋的压电陶瓷片1由于受侧压力的作用产生电压信号输出，该信号通过内部电路的滤波、放大、整形和比较后，使其输出变为高电平的状态，没有被物料掩埋的压电陶瓷片1呈现低电平状态，统计所有的高电平状态得到数字物位值，当前数字物位值通过电缆接头4的电缆3送给二次仪表或上位机，即可对所测物位数字值进行显示或处理。

Claims (2)

1.一种压力式数字物位传感器，其特征在于棒状体上设有至少两个压电陶瓷片(1)，并由压电陶瓷片本身所属的两根导线分别连接微电压检测集成电路及电源，压电陶瓷片(1)感应侧压力，感应到侧压力的每个压电陶瓷片(1)其输出信号通过电路的滤波、放大、整形和比较后使其输出转变成高电平的状态，统计所有高电平状态得到数字物位值；

其特征在于棒状体的构造是长方体型、圆柱型或是其它可设置压电陶瓷片(1)和微电压检测集成电路连接电源的并由环氧树脂浇注成为一起的棒状体压力式数字物位传感器；设有至少两个压电陶瓷片(1)的设置是纵向等距的，其间距是所测物位高度的最小分辨率；微电压检测集成电路是由电压放大电路、电压整形电路、电压比较电路、扫描统计电路和输出电路集成为一体的微电压检测集成电路板。

2.一种用于权利要求1所述的压力式数字物位传感器的测量方法，该方法是将压力式数字物位传感器设置在待测物料中，压电陶瓷片(1)感应侧压力，感应到侧压力的每个压电陶瓷片(1)其输出信号通过电路的滤波、放大、整形和比较后使其输出转变成高电平的状态，统计所有高电平状态得到数字物位值，再将数字物位值送与二次仪表或上位机，进行处理或数字显示。

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