CN104236669A - 一种高精度液位传感器及液位遥测遥控仪 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高精度液位传感器，包括底座、基座、中间接头、差压传感器、护套接头、专用气电缆护套、专用气电缆、不锈钢过滤网套。一种液位遥测遥控仪，包括上述任意一项所述的高精度液位传感器，还包括运算放大器、A/D变换器、嵌入式单片机、I/O口、薄膜键盘、强电执行器、GPRS短信收发器、嵌入式专用控制软件。本发明的高精度液位传感器的量程范围为1～10000毫米，分辨率为0.2毫米，当量程范围为1～5000毫米时，分辨率可做到0.1毫米。

Description

一种高精度液位传感器及液位遥测遥控仪

技术领域

本发明涉及遥控遥测在线仪表领域，具体来说是液位传感器及一种基于手机网络的高精度液位遥测遥控仪。

背景技术

液位的检测与控制的仪器或设备品种和规格非常多，如用浮球开关能控制液位的高度范围，但不能检测液位值。用压力传感器制成的液位控制系统，其基准大气压变化或校准因标定、使用的地点不同而有不同的大气压值，这样液位传感器不放入液体内时，液位控制系统的零点有较大的偏差。

存水式污水池、城市地下污水、雨水排水涵管或江河的液位实时监测十分重要。如城市下水排水发生涵管堵塞，液位就会上升形成内涝，同样城市下洼的路面立交桥下，积水的深度几乎没有自动监测和报警，有乘用车开入积水中熄火，酿成惨案。

气象站的降雨量的测量用的是带刻度的玻璃量筒，人工观测，手工记录。精度和工作量都成问题，记录的连续性和某个时刻的瞬间难于提供必要的信息。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有产品的精度不高，适应各种复杂情况的能力不够或不强、智能化低、通用性差，不能遥测和遥控的缺点，提供一种高精度液位传感器及一种液位遥测遥控仪。

一种高精度液位传感器，包括底座、基座、中间接头、差压传感器、护套接头、专用气电缆护套、专用气电缆、不锈钢过滤网套；所述护套接头与所述专用气电缆护套通过与中间接头连接，所述底座与所述基座连接，所述中间接头与所述基座连接，所述不锈钢过滤网套设置在所述基座和底座之间，所述差压传感器包括高端和低端，所述高端通液面以下的液体，所述低端通液面以上的大气压，所述差压传感器设置在基座内，所述底座设有导通液体的孔，所述专用气电缆设有通大气管，所述低端与所述通大气管连接，所述专用气电缆设有引线。

作为本发明的进一步改进，所述差压传感器的型号为24CCFA6D。

作为本发明的进一步改进，所述底座的导通液体的孔为斜孔，所述底座的导通液体的孔为三个、四个或五个。

作为本发明的进一步改进，所述底座通过螺纹与所述基座连接，所述中间接头与基座之间由O型密封圈密封。

作为本发明的进一步改进，所述高端设有液体压力感应膜。

一种液位遥测遥控仪，包括上述任意一项所述的高精度液位传感器，还包括运算放大器、A/D变换器、嵌入式单片机、I/O口、薄膜键盘、强电执行器、GPRS短信收发器、嵌入式专用控制软件；所述差压传感器的电信号通过所述运算放大器放大，然后通过所述A/D变换器将模拟信号变成数字信号，供所述嵌入式单片机进行处理，所述的薄膜键盘用来设定参数，液位超过高位限时，所述嵌入式单片机向所述强电执行器下指令，接通主设备水泵电机电源，液位下降，当下降到低位限时水泵停止工作；如果液位在主设备工作时液位没有下降，备用设备设置的高位限要高于主设备的高位限，液位达到备用设备设置的高位限，此时所述嵌入式单片机向所述GPRS短信收发器发出报警请求发送短信，同时开启备用设备。

作为本发明的进一步改进，所述薄膜键盘设定的参数包括高精度液位量程的设置、低位限、高位限的设置、一二级管理员的密码设置、手机号码设置和强行启动备用设备的参数设置。

作为本发明的进一步改进，还包括电源，所有的单元都通过所述电源4来供电。

作为本发明的进一步改进，包括USB口，所述USB口按先进后出的规律始终保持最新的数据，数据按xls格式保存。

作为本发明的进一步改进，包括液晶显示器、闪存，所述薄膜键盘设定的参数在所述液晶显示器上显示并储存在所述闪存中。

本发明的高精度液位传感器的量程范围为1～10000毫米，分辨率为0.2毫米，当量程范围为1～5000毫米时，分辨率可做到0.1毫米。

高精度液位传感器是用差压传感器的高端采集液体不同深度的压力与低端的大气压进行比较，可精确检测和控制小于等于1毫米的液位差值。

本发明的液位遥测遥控仪，与现有技术相比具有以下明显的效果：

液位检测精度高，并有5000条完整的历史记录，可作为气象部门和水利检测部门作为自动检测，短信定时提供液位信息的专业设备。

用于城市市政排水涵管或洼地路面的液位监测与报警，提供内涝的预警信息。

对污水处理厂或独立的污水池进行自动液位自动控制和遥控遥测。

对水塔进行自动水位调节，执行设备故障自动报警，开启备用设备并通知管理员处理。

安装、使用操作简单，性价比高，减少人工巡视成本和误差。

附图说明

图1为本发明液位遥测遥控仪的方框原理、信息流程和基本构成示意图；

图2为本发明的高精度液位传感器的原理结构工艺图；

图3为本发明液位遥测遥控仪的液位上限位报警设置原理图；

图4为本发明液位遥测遥控仪的液位下限位报警设置原理图；

图5为本发明液位遥测遥控仪的密码设置、参数设置流程图；

图6为本发明液位遥测遥控仪的电气接线示意图。

图中各部件名称如下：

高精度液位传感器1、运算放大器2、A/D变换器3、电源4、液晶显示器5、嵌入式单片机6、I/O口7、闪存8、薄膜键盘9、强电执行器10、GPRS短信收发器11、USB口12、嵌入式专用控制软件13、底座14、基座15、中间接头16、差压传感器17、护套接头18、专用气电缆护套19、通大气管20、引线21、专用气电缆22、低端23、O型密封圈24、不锈钢过滤网套25、高端26。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

如图2所示，图2为本发明的高精度液位传感器的原理结构工艺图，一种高精度液位传感器，包括底座14、基座15、中间接头16、差压传感器17、护套接头18、专用气电缆护套19、专用气电缆22、不锈钢过滤网套25；所述护套接头18与所述专用气电缆护套19通过与中间接头16连接，所述底座14与所述基座15连接，所述中间接头16与所述基座15连接，所述不锈钢过滤网套25设置在所述基座15和底座14之间，所述差压传感器17包括高端26和低端23，所述高端26通液面以下的液体，所述低端23通液面以上的大气压，所述差压传感器17设置在基座15内，所述底座14设有导通液体的孔，所述专用气电缆22设有通大气管20，所述低端23与所述通大气管20连接，所述专用气电缆22设有引线21。

高精度液位传感器用差压传感器构成核心部件，所述差压传感器的型号为24CCFA6D。差压传感器的高端通液面以下的液体，差压传感器的低端通液面以上的大气压。差压传感器的电信号通过运算放大器放大22.2倍，形成5V的标准型号通过A/D变换将模拟信号变成数字信号，供嵌入式单片机进行处理，所有的单元都通过电源来供电。

通液体的底座14有四个导通液体的斜孔，底座14通过螺纹与差压传感器17的基座15连接，在基座15和底座14之间加有不锈钢过滤网套25，用途是防止液体中的运动微小颗粒与差压传感器17的高端26的液体压力感应膜相接触。中间接头16与基座15之间装入的差压传感器17用O型密封圈24密封，防止液体由深度产生的压力进入差压传感器17的低端23，低端23与专用气电缆22中的通大气管20与液面以上的大气压相通，保证差压传感器17高端26产生的液体压力形成的液体深度与大气压产生一个压力差电信号。差压传感器17的电信号通过专用气电缆22中的4根引线21接通运算放大器。护套接头18与防水防腐蚀专用气电缆护套19通过螺纹与中间接头16连接，使得差压传感器17的低端23及专用气电缆22承受液体的压力与大气压等压而无泄漏。底座14、基座15、中间接头16、护套接头18均由不锈钢材料制成，不锈钢的牌号为304。专用气电缆护套19由硅橡胶开模具硫化而成。

高精度液位传感器1的量程范围为1～10000毫米，分辨率为0.2毫米，当量程范围为1～5000毫米时，分辨率可做到0.1毫米。运算放大器2把高精度液位传感器1的毫伏级的电信号放大到5V，放大倍数是22.2倍。放大的标准信号通过A/D变换器3将模拟信号变换成数字信号。A/D变换器采用16位的，在5000毫米的量程范围内，最小分辨单位是0.078毫米。电源4是通过市电交流220V用开关电源得到各种所需的电压值和功率，电源4也包含了三相四线制的动力电。

由于使用了差压传感器制成的高精度液位传感器，以液面以上的大气压作为基准参考零点，并用16位A/D变换器，使液位检测和控制精度超过1毫米，解决了传统压力变送器做液位传感器带来的零点不准和精度低、误差大的问题。

如图1所示，图1为本发明液位遥测遥控仪的方框原理、信息流程和基本构成示意图，本发明包括高精度液位传感器1、运算放大器2、A/D变换器3、电源4、液晶显示器5、嵌入式单片机6、I/O口7、闪存8、薄膜键盘9、强电执行器10、GPRS短信收发器11、USB口12和嵌入式专用控制软件13。

运算放大器2和A/D变换器3在10米范围内的水柱高度时，A/D变换器3的位数是16位的，检测液位的最小分辨率为0.156毫米。

液晶显示器5、嵌入式单片机6、I/O口7、闪存8、薄膜键盘9可设置高精度液位传感器量程范围和液位高度的单位及最低液位即低位限和最高液位即高位限。

强电执行器10可按设置的液位参数自动开启或关闭水泵或阀门，是液位保持在设定的安全范围内，当主执行设备出现故障，液位超限时，备用设备自动启动或短信强制启动，备用设备的启动参数设置要严格于主执行设备。

GPRS短信收发器11可接受一、二级管理员的短信请求，发送当时液位的实时值和液位的历史记录。闪存8可储存记录5000组液位实时信息和历史记录，通过U盘拷贝出历史记录。

嵌入式专用控制软件13包含主控制程序、与GPRS短信收发器11通信程序及对高精度液位传感器1和A/D变换器3输出信号进行数字滤波的的程序。

图1中液晶显示器5用来实时显示液位值，液位值的默认单位为毫米，5位有效数字，包括小数点后一位。同时显示一二级管理员的的手机前三位和后四位号码。在参数设置过程中显示参数或通过薄膜键盘9修改参数，薄膜键盘是用来各种参数的设定，如高精度液位量程的设置，低位限、高位限的设置，一二级管理员的密码设置、手机号码设置和强行启动备用设备的参数设置。各种设置和参数由嵌入式单片机6按嵌入式专用控制软件规定的指令放在闪存8。I/O口7是输入输出接口，接收来自GPRS短信收发器11和薄膜键盘9的信息，由嵌入式单片机6来协调工作顺序，并可以给强电执行器10输出指令，同时也可向GPRS短信收发器11发指令，发送相关信息给一二级管理员。USB口12可接U盘，将闪存8的历史记录拷贝复制到U盘。闪存8的历史记录可由一级管理员进行删除操作。用U盘拷贝出闪存内存储的历史记录，记录大于5000组数据，可三个月拷贝一次。记录大于5000次后，按先进后出的规律始终保持最新的5000组数据，数据按xls格式保存。

所述的嵌入式单片机和嵌入式专用控制软件规定了个单元的工作顺序，并将这些软件程序固化在嵌入式单片机内，液位个时段的检测值按规定的时间间隔定时记录，如30分钟记录一个液位值连同此时的日期时间形成一个完整的信息即历史记录。当本仪器应用与污水池或下洼的路面立交桥下积水时，液位超过高位限时，嵌入式单片机向强电执行器下指令，接通主设备水泵电机电源，液位下降，当下降到低位限时水泵停止工作。如果液位在主设备工作时液位没有下降，备用设备设置的高位限要高于主设备的高位限，液位达到备用设备设置的高位限，此时嵌入式单片机向GPRS短信收发器发出报警请求发送短信，同时开启备用设备，一级管理员收到短信后电话或短信通知二级管理员是否去现场勘察。

图3、图4分别为液位上限位报警、液位下限位报警设置原理图，薄膜键盘9是本发明的输入设备，对于像独立的排污池，污水在没有溢出前达到上限报值时自动启动强电执行器10打开主泵进行排污，这个上限报值就是图3中的AH，AL是上限报的低水位设置值，当排污液面下降到AL时，强电执行器10关闭泵。对于像水塔类型的储存液体的属下限报，如图4所示，当液体使用时液位下降，达到图4中的低液位报警值AH时强电执行器10打开泵进行加液，液位上升到控制液位A时，强电执行器10关闭泵，使得液位在低液位AH和高液位A之间的安全内循环。

图3中，液位到达高液位报警值AH时，强电执行器10接到开启泵的指令已经执行，但液位不降反升，说明主泵出现故障，此时备用泵强行开启，能强行开启的原因是增加设置了超高液位报警值AHH，一般AHH的值比AH高出100到200毫米，此时向一二级管理员短信报警并由一级管理员短信通知或电话通知二级管理员是否去现场勘察。

图5中薄膜键盘9，在显示当前值的状态下，按SET键来进入参数设置，选中一级管理员密码、同时一级管理员密码可修改，完成后输入或修改命名该设备地址管理号4为数字、设置日期和时间，并按界面的提示分别设置一级和二级管理员手机号码，两个手机号码可以是相同的也可是不同的，设备开关的作用是用4为数字0或1，每位可选“1”打开功能，“0”关闭功能，“0000”其中第一位表示是否允许设备接收短信指令，第二位是表示是否允许设备发送短信报警，第三位是是否允许1号继电器报警发出警告，第四位是是否允许2号继电器报警发出警告，再按一次SET键，进入量程设置，量程下限一般都设为0，量程上限是根据高精度液位传感器的量程进行设置，通常根据客户控制的液位高度和精度来选1000、2000、5000、10000毫米的规格，并输入量程上限值。在液位单位的选择上考虑行业的要求，本发明默认单位是毫米，可选的单位是厘米、分米和米。如选中二级管理员密码，可进行低液位1AL1高液位1AH1和低液位2AL2高液位2AH2的设置。液位1、2的区分分别主设备和备用的液位值，备用设备的值比主设备的值更向恶劣环境值靠近，起到主设备故障，备用设备自动启动防止事故发生。

一二级管理员远程指令：在通常情况下，一二管理员可以远程获取当前传感器测量值并控制备用设备的2号继电器工作，编辑短信“#1000”不包含引号文本内容，发送至指定的设备的号码，然后设备会将当前的传感器测量值(仪表显示)信息发送给管理员，一级管理员远程指令编辑短信“#1001”不包含引号文本内容，发送到指定设备的号码，然后设备会无视当前1,2号继电器工作状态，强制将2号继电器工作，直到新的状态来临；其他指令信息将随固件程序的更改而做修正。

图6为本发明的电气接线示意图，接线柱1、2是主设备中间继电器J1的常开触点，可控制交流接触器的动作线圈，从而接通大型的排灌设备来控制液位，J1和J2设强电执行器10的具体化。J2是备用设备的中间继电器J2的常开触点，接线柱号是3和4。接线柱5和6是接220V市电，接线柱号7和8是接两线制电流型传感器的接线端子。接线柱9～13是接构成测量电桥式的传感器的接线端子。11和12号接线柱联接差压传感器17的差压信号，9、13号接线柱是接10V的桥压。9、11、12、13号接线柱正好与专用气电缆22中的4根引线21相对应，保证了高精度液位传感器1与运算放大器2的可靠联接。

本发明可设置多种功能和参数，嵌入式单片机和控制软件对液位传感器进行数字滤波，可高精度实时检测液位，并通过手机网络的短信接收液位的实时值，可根据液位的检测值向强电执行器强制执行的短信，以控制液位在设定的安全范围内，当主执行设备出现故障，液位超限时，备用设备自动启动或短信强制启动，使得液位回到安全的范围内。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高精度液位传感器，其特征在于：包括底座(14)、基座(15)、中间接头(16)、差压传感器(17)、护套接头(18)、专用气电缆护套(19)、专用气电缆(22)、不锈钢过滤网套(25)；所述护套接头(18)与所述专用气电缆护套(19)通过与中间接头(16)连接，所述底座(14)与所述基座(15)连接，所述中间接头(16)与所述基座(15)连接，所述不锈钢过滤网套(25)设置在所述基座(15)和底座(14)之间，所述差压传感器(17)包括高端(26)和低端(23)，所述高端(26)通液面以下的液体，所述低端(23)通液面以上的大气压，所述差压传感器(17)设置在基座(15)内，所述底座(14)设有导通液体的孔，所述专用气电缆(22)设有通大气管(20)，所述低端(23)与所述通大气管(20)连接，所述专用气电缆(22)设有引线(21)。

2.根据权利要求1所述的一种高精度液位传感器，其特征在于：所述差压传感器的型号为24CCFA6D。

3.根据权利要求1所述的一种高精度液位传感器，其特征在于：所述底座(14)的导通液体的孔为斜孔，所述底座(14)的导通液体的孔为三个、四个或五个。

4.根据权利要求1所述的一种高精度液位传感器，其特征在于：所述底座(14)通过螺纹与所述基座(15)连接，所述中间接头(16)与基座(15)之间由O型密封圈(24)密封。

5.根据权利要求1所述的一种高精度液位传感器，其特征在于：所述高端(26)设有液体压力感应膜。

6.一种液位遥测遥控仪，其特征在于：包括权利要求1至5任意一项所述的高精度液位传感器（1），还包括运算放大器（2）、A/D变换器（3）、嵌入式单片机（6）、I/O口（7）、薄膜键盘（9）、强电执行器（10）、GPRS短信收发器（11）、嵌入式专用控制软件（13）；所述差压传感器（17）的电信号通过所述运算放大器（2）放大，然后通过所述A/D变换器（3）将模拟信号变成数字信号，供所述嵌入式单片机（6）进行处理，所述的薄膜键盘（9）用来设定参数，液位超过高位限时，所述嵌入式单片机（6）向所述强电执行器（10）下指令，接通主设备水泵电机电源，液位下降，当下降到低位限时水泵停止工作；如果液位在主设备工作时液位没有下降，备用设备设置的高位限要高于主设备的高位限，液位达到备用设备设置的高位限，此时所述嵌入式单片机（6）向所述GPRS短信收发器（11）发出报警请求发送短信，同时开启备用设备。

7.根据权利要求6所述的液位遥测遥控仪，其特征在于：所述薄膜键盘（9）设定的参数包括高精度液位量程的设置、低位限、高位限的设置、一二级管理员的密码设置、手机号码设置和强行启动备用设备的参数设置。

8.根据权利要求6所述的液位遥测遥控仪，其特征在于：还包括电源（4），所有的单元都通过所述电源4来供电。

9.根据权利要求6所述的液位遥测遥控仪，其特征在于：包括USB口（12），所述USB口（12）按先进后出的规律始终保持最新的数据，数据按xls格式保存。

10.根据权利要求6所述的液位遥测遥控仪，其特征在于：包括液晶显示器（5）、闪存（8），所述薄膜键盘（9）设定的参数在所述液晶显示器（5）上显示并储存在所述闪存（8）中。