CN105509838A - 投入式传感器 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种投入式传感器，改善了现有技术中投入式水位计应用于地下水监测时，需外置压力计对大气压力进行补偿，增加了仪器现场安装难度和维护成本的问题。该投入式传感器，包括壳体、压力传感器、处理器、通气电缆和传输器，压力传感器上设有传感器通气管，传感器通气管与通气电缆连通，压力传感器和传输器分别与处理器电连接，压力传感器用于检测水压信号并将检测到的水压信号发送至处理器；处理器用于根据水压信号分析得到水位信息并通过传输器将水位信息进行发送。使用该投入式传感器，无需外置压力计对大气压力进行补偿，实施方便，降低了仪器现场安装难度和维护成本，易于推广应用。

Description

投入式传感器

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，具体而言，涉及一种投入式传感器。

背景技术

投入式水位传感器也称投入式水位变送器/液位变送器/液位传感器/水位计，是一种测量水位的压力传感器。投入式水位传感器是基于所测液体静压与该液体的高度成比例的原理，采用先进的隔离型扩散硅敏感元件或陶瓷电容压力敏感传感器，将静压转换为电信号的一种测量水位的压力传感器。现有投入式水位计应用于地下水监测时，存在压力补偿问题，目前一般采用外置压力计对大气压力进行补偿，这种方式需另置压力计，增加了仪器现场安装难度和维护成本。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种投入式传感器，以改善现有技术中投入式水位计应用于地下水监测时，需外置压力计对大气压力进行补偿，增加了仪器现场安装难度和维护成本的问题。

为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

一种投入式传感器，包括壳体、压力传感器、处理器、通气电缆和传输器，所述压力传感器、处理器和传输器安装于所述壳体内；

所述压力传感器上设有传感器通气管，所述传感器通气管与所述通气电缆连通，使空气经由所述通气电缆进入所述传感器通气管；

所述压力传感器和传输器分别与所述处理器电连接，所述压力传感器用于检测水压信号并将检测到的水压信号发送至所述处理器；所述处理器用于根据所述水压信号分析得到水位信息并通过所述传输器将所述水位信息进行发送。

优选地，所述处理器还电连接有温度传感器，所述温度传感器安装于所述壳体内与所述压力传感器相邻位置处；

所述温度传感器用于检测所述压力传感器所处环境的温度值并将检测到的所述温度值发送至所述处理器；

所述处理器中预存有不同温度范围分别对应的补偿数据，所述处理器分析得到所述水位信息之后，还用于根据所述温度传感器发送的当前的温度值，查找出所述温度值所属的温度范围对应的补偿数据，采用所述补偿数据对所述水位信息进行补偿后再通过所述传输器发送。

优选地，所述壳体包括中空的筒体，连接于所述筒体的上端的密封盖，以及连接于所述筒体的下端的底座；

所述密封盖中设有容纳所述通气电缆的通道，所述密封盖与所述通气电缆的接触面上设有密封塞；

所述底座与所述筒体的下端之间连接有传感器固定件，所述压力传感器和所述温度传感器安装于所述传感器固定件上，所述传感器固定件、所述筒体、所述密封盖和所述密封塞构成一密闭空间，所述压力传感器、处理器、传输器和温度传感器位于所述密闭空间中；所述传感器固定件与所述底座形成一空腔，所述空腔上设有通孔；

所述通气电缆的一端依次穿过所述密封盖中的通道、所述筒体与所述压力传感器上的传感器通气管连通。

进一步地，所述温度传感器和压力传感器与所述处理器之间通过线缆电连接，所述密闭空间中还设有固定所述线缆的卡扣。

考虑到实际需求，所述密封盖包括连接件和固定盖，所述连接件和固定盖中设有容纳所述通气电缆的通道，所述密封塞设于所述通气电缆与所述连接件中的通道相接触位置；

所述连接件的一端与所述筒体的上端相连、另一端与所述固定盖相连，所述连接件与所述筒体相连的一端的直径大于所述连接件与所述固定盖相连的一端的直径，所述固定盖的一端与所述连接件相连、另一端的直径与所述通气电缆的外径相等。

优选地，所述密封塞包括密封垫圈和不锈钢垫圈，所述密封垫圈和不锈钢垫圈设于所述通气电缆与所述连接件中的通道相接触位置。

进一步地，所述密封垫圈为两个，所述不锈钢垫圈为两个，所述密封垫圈和不锈钢垫圈交错设于所述通气电缆与所述连接件中的通道相接触位置。

优选地，所述筒体的上端外表上设有外螺纹，所述连接件与所述筒体相连的一端上设有内螺纹，所述连接件和所述筒体的上端通过螺纹连接；所述连接件与所述固定盖相连的一端上设有外螺纹，所述固定盖与所述连接件相连的一端上设有内螺纹，所述固定盖和所述连接件通过螺纹连接；所述筒体的下端外表面上设有外螺纹，所述底座的内表面上设有内螺纹，所述筒体的下端与所述底座通过螺纹连接。

优选地，所述处理器和传输器集成在电路板上，所述电路板固定在所述密闭空间中，所述处理器上设有RS485接口。

进一步地，所述连接件、固定盖、筒体、传感器固定件和底座为不锈钢材质。

本发明实施例中所提供的投入式传感器，摒弃了现有技术中需外置压力计进行压力补偿的思维局限，巧妙地采用通气电缆，并将通气电缆与传感器通气管连通，使得空气能够经由通气电缆进入传感器通气管，实现压力补偿，无需外置压力计，实施方便，降低了仪器现场安装难度和维护成本，易于推广应用。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本发明实施例所提供的一种投入式传感器的截面图。

图2示出了本发明实施例所提供的一种投入式传感器的爆炸示意图。

图3示出了本发明实施例所提供的一种投入式传感器中的电路连接示意图。

附图标记对应的名称为：

底座1，传感器固定件2，卡扣3，筒体4，连接件5，密封垫圈6，不锈钢垫圈7，电路板8，传感器9，固定盖10，通气电缆11，处理器12，传输器13，电源14；

压力传感器91，温度传感器92。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

本发明实施例提供了一种自带大气压力补偿特性，无需外置压力计进行压力补偿的投入式传感器。如图1～图3所示，该投入式传感器包括壳体、压力传感器91、处理器12、通气电缆11和传输器13。

其中，所述压力传感器91、处理器12和传输器13安装于所述壳体内。所述压力传感器91上设有传感器通气管，所述传感器通气管与所述通气电缆11连通，使空气经由所述通气电缆11进入所述传感器通气管。如此设置，使得压力传感器91得以和大气相通，从而实现对压力传感器91测量时大气压的有效补偿，无需另外设置压力计。

本发明实施例中，所述压力传感器91和传输器13分别与所述处理器12电连接。其中，电源14用于给所述压力传感器91、处理器12和传输器13供电，优选电源14设于外部，通过电缆为上述器件供电。所述压力传感器91用于检测水压信号并将检测到的水压信号发送至所述处理器12。所述处理器12用于根据所述水压信号分析得到水位信息并通过所述传输器13将所述水位信息进行发送。

在实施时，可在处理器12中预存不同水压信号分别对应的水位信息，在进行水位信息分析时，处理器12只需查找出与接收到的水压信号对应的(如最接近的)水位信息即可得出当前的水位信息。亦可在处理器12中预存根据水压信息计算得到水位信息的计算模型，处理器12只需调用计算模型对接收到的水压信息进行计算即可得出当前的水位信息。

考虑到不同温度下压力传感器91的测量数据可能会有偏差，为了提高最终水位测量的准确性，优选地，所述处理器12还电连接有温度传感器92，所述温度传感器92安装于所述壳体内与所述压力传感器91相邻位置处。所述温度传感器92用于检测所述压力传感器91所处环境的温度值并将检测到的所述温度值发送至所述处理器12。

温度传感器92的设置，使得处理器12能够根据压力传感器91获得的水压信号和温度传感器92获得的温度信号，综合得出更为准确的水位信息。例如：所述处理器12中可预存有不同温度范围分别对应的补偿数据，所述处理器12分析得到所述水位信息之后，还用于根据所述温度传感器92发送的当前的温度值，查找出所述温度值所属的温度范围对应的补偿数据，采用所述补偿数据对所述水位信息进行补偿后再通过所述传输器13发送。

需说明的是，根据实际需求，处理器12可实时获取压力传感器91和温度传感器92的传感数据。处理器12亦可按预定的时间间隔获取压力传感器91和温度传感器92的传感数据。

本发明实施例中的投入式传感器基于所测液体静压与该液体的高度成比例的原理，优选压力传感器91采用隔离型扩散硅敏感元件或陶瓷电容压力敏感传感器制作而成，将静压转换为电信号。并集成有温度传感器92，处理器12能利用温度传感器92测量的当前温度对压力传感器91当前测量的压力值进行补偿，还可以对数据进行线性修正，将经过温度补偿和线性修正后的水压信号转化成标准电信号，进而得到水位信息。

为了提高投入式传感器结构的稳定性和工作的可靠性，本发明实施例中对该投入式传感器的结构进行了巧妙设计，整体上看，该投入式传感器为可拆装型一体式结构。如图1、图2所示，所述壳体主要包括中空的筒体4，连接于所述筒体4的上端的密封盖，以及连接于所述筒体4的下端的底座1。

其中，所述密封盖中设有容纳所述通气电缆11的通道，所述密封盖与所述通气电缆11的接触面上设有密封塞。所述底座1与所述筒体4的下端之间连接有用于固定传感器9(本发明实施例中包括压力传感器91和温度传感器92)的传感器固定件2，所述压力传感器91和所述温度传感器92安装于所述传感器固定件2上。所述传感器固定件2、所述筒体4、所述密封盖和所述密封塞构成一密闭空间。所述压力传感器91、处理器12、传输器13和温度传感器92位于所述密闭空间中。所述传感器固定件2与所述底座1形成一空腔，所述空腔上设有通孔。所述通气电缆11的一端依次穿过所述密封盖中的通道、所述筒体4与所述压力传感器91上的传感器通气管连通。密封盖既用于密封又用于固定通气电缆11。

为了确保信号传递的可靠性，优选所述温度传感器92和压力传感器91与所述处理器12之间通过线缆电连接，并在所述密闭空间中设用于固定所述线缆的卡扣3。

考虑到实际需求，优选所述密封盖包括连接件5和固定盖10，所述连接件5和固定盖10中设有容纳所述通气电缆11的通道，所述密封塞设于所述通气电缆11与所述连接件5中的通道相接触位置，用于固定通气电缆11及进行密封。为了确保密封的可靠性，优选所述密封塞包括多层密封结构，例如：密封塞包括密封垫圈6和不锈钢垫圈7，所述密封垫圈6和不锈钢垫圈7设于所述通气电缆11与所述连接件5中的通道相接触位置。进一步地，所述密封垫圈6可为两个，所述不锈钢垫圈7可为两个，所述密封垫圈6和不锈钢垫圈7交错设于所述通气电缆11与所述连接件5中的通道相接触位置。密封垫圈6和不锈钢垫圈7交错设置是指，当密封垫圈6和不锈钢垫圈7均为两个时，设置一个密封垫圈6后，紧接着设置一个与密封垫圈6相邻的不锈钢垫圈7，再设置一个与不锈钢垫圈7相邻的密封垫圈6，最后设置一个与密封垫圈6相邻的不锈钢垫圈7。多重密封结构的设计，能够充分确保筒体4内的电子器件不受外接自然因素的影响。

为了提高装配和维护的便捷性，还可在连接件5两侧做扁丝设计。

优选地，所述连接件5的一端与所述筒体4的上端相连、另一端与所述固定盖10相连，所述连接件5与所述筒体4相连的一端的直径大于所述连接件5与所述固定盖10相连的一端的直径，所述固定盖10的一端与所述连接件5相连、另一端的直径与所述通气电缆11的外径相等。

优选地，所述筒体4的上端外表上设有外螺纹，所述连接件5与所述筒体4相连的一端上设有内螺纹，所述连接件5和所述筒体4的上端通过螺纹连接。所述连接件5与所述固定盖10相连的一端上设有外螺纹，所述固定盖10与所述连接件5相连的一端上设有内螺纹，所述固定盖10和所述连接件5通过螺纹连接。所述筒体4的下端外表面上设有外螺纹，所述底座1的内表面上设有内螺纹，所述筒体4的下端与所述底座1通过螺纹连接。

为了确保该投入式传感器整体结构的平滑度，优选筒体4上端设外螺纹处呈内凹结构，内凹的深度与连接件5设内螺纹处的厚度相等，从而使得筒体4与连接件5连接后呈“水平”结构。类似的，筒体4下端设外螺纹处呈内凹结构，内凹深度与底座1设内螺纹处的厚度相等，从而使得筒体4与底座1连接后呈“水平”结构。如此设计后，本发明实施例中的投入式传感器呈可拆装型一体式结构，各个部件间连接方便可靠，易于拆装，便于安装调整及后续使用维修。例如：密封盖和底座1均与筒体4可拆卸式连接，如此设计，便于后期对该投入式传感器进行清理、维护。

优选地，所述处理器12和传输器13集成在电路板8上，所述电路板8固定在所述密闭空间中，所述处理器12上设有RS485接口。如此设计，本发明实施例中的投入式传感器可以同时检测水位、水温等多种参数，根据多种参数综合得出最终水位信息，精度较高。采用RS485数字输出方式，根据实际需求，可采用标准的MODBUS-RTU协议，具有良好的兼容性，方便用户大规模组网使用。经验证，该投入式传感器整体功耗较小，检测精度较高，能够大大延长投入式传感器的使用寿命，可广泛应用于地下水监测、水库及地表径流水位监测、罐体液位监测等多种场合。

为了进一步提高本发明实施例中的投入式传感器的使用寿命，优选所述连接件5、固定盖10、筒体4、传感器固定件2和底座1为不锈钢材质。如316L不锈钢材质，以防止地下水体对探头外部或内部结构的腐蚀。还可在投入式传感器的上下两端分别设高强度黑色尼龙材质的防护罩，以实现对传感器及通气电缆11的保护。

其中，优选采用Φ6.8mm双钢丝防水屏蔽通气电缆11，在对气压补偿的同时保证产品的稳定可靠。

需说明的是，实施时，处理器12也可设置在壳体外部，处理器12通过线缆与压力传感器91等进行信息交互。

本发明实施例中所提供的投入式传感器，摒弃了现有技术中需外置压力计进行压力补偿的思维局限，巧妙地采用通气电缆11，并将通气电缆11与传感器通气管连通，使得空气能够经由通气电缆11进入传感器通气管，实现压力补偿，无需外置压力计，功能强大，实施方便，降低了仪器现场安装难度和维护成本，易于推广应用。通过对投入式传感器整体结构的巧妙设计，有效减小了该投入式传感器的体积，经验证，该投入式传感器的外形尺寸仅为φ22mm×134mm，体积十分小巧。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种投入式传感器，其特征在于，包括壳体、压力传感器、处理器、通气电缆和传输器，所述压力传感器、处理器和传输器安装于所述壳体内；

所述压力传感器上设有传感器通气管，所述传感器通气管与所述通气电缆连通，使空气经由所述通气电缆进入所述传感器通气管；

所述压力传感器和传输器分别与所述处理器电连接，所述压力传感器用于检测水压信号并将检测到的水压信号发送至所述处理器；所述处理器用于根据所述水压信号分析得到水位信息并通过所述传输器将所述水位信息进行发送。

2.根据权利要求1所述的投入式传感器，其特征在于，所述处理器还电连接有温度传感器，所述温度传感器安装于所述壳体内与所述压力传感器相邻位置处；

所述温度传感器用于检测所述压力传感器所处环境的温度值并将检测到的所述温度值发送至所述处理器；

所述处理器中预存有不同温度范围分别对应的补偿数据，所述处理器分析得到所述水位信息之后，还用于根据所述温度传感器发送的当前的温度值，查找出所述温度值所属的温度范围对应的补偿数据，采用所述补偿数据对所述水位信息进行补偿后再通过所述传输器发送。

3.根据权利要求2所述的投入式传感器，其特征在于，所述壳体包括中空的筒体，连接于所述筒体的上端的密封盖，以及连接于所述筒体的下端的底座；

所述密封盖中设有容纳所述通气电缆的通道，所述密封盖与所述通气电缆的接触面上设有密封塞；

所述底座与所述筒体的下端之间连接有传感器固定件，所述压力传感器和所述温度传感器安装于所述传感器固定件上，所述传感器固定件、所述筒体、所述密封盖和所述密封塞构成一密闭空间，所述压力传感器、处理器、传输器和温度传感器位于所述密闭空间中；所述传感器固定件与所述底座形成一空腔，所述空腔上设有通孔；

所述通气电缆的一端依次穿过所述密封盖中的通道、所述筒体与所述压力传感器上的传感器通气管连通。

4.根据权利要求3所述的投入式传感器，其特征在于，所述温度传感器和压力传感器与所述处理器之间通过线缆电连接，所述密闭空间中还设有固定所述线缆的卡扣。

5.根据权利要求3所述的投入式传感器，其特征在于，所述密封盖包括连接件和固定盖，所述连接件和固定盖中设有容纳所述通气电缆的通道，所述密封塞设于所述通气电缆与所述连接件中的通道相接触位置；

所述连接件的一端与所述筒体的上端相连、另一端与所述固定盖相连，所述连接件与所述筒体相连的一端的直径大于所述连接件与所述固定盖相连的一端的直径，所述固定盖的一端与所述连接件相连、另一端的直径与所述通气电缆的外径相等。

6.根据权利要求5所述的投入式传感器，其特征在于，所述密封塞包括密封垫圈和不锈钢垫圈，所述密封垫圈和不锈钢垫圈设于所述通气电缆与所述连接件中的通道相接触位置。

7.根据权利要求6所述的投入式传感器，其特征在于，所述密封垫圈为两个，所述不锈钢垫圈为两个，所述密封垫圈和不锈钢垫圈交错设于所述通气电缆与所述连接件中的通道相接触位置。

8.根据权利要求7所述的投入式传感器，其特征在于，所述筒体的上端外表上设有外螺纹，所述连接件与所述筒体相连的一端上设有内螺纹，所述连接件和所述筒体的上端通过螺纹连接；所述连接件与所述固定盖相连的一端上设有外螺纹，所述固定盖与所述连接件相连的一端上设有内螺纹，所述固定盖和所述连接件通过螺纹连接；所述筒体的下端外表面上设有外螺纹，所述底座的内表面上设有内螺纹，所述筒体的下端与所述底座通过螺纹连接。

9.根据权利要求8所述的投入式传感器，其特征在于，所述处理器和传输器集成在电路板上，所述电路板固定在所述密闭空间中，所述处理器上设有RS485接口。

10.根据权利要求5～9任意一项所述的投入式传感器，其特征在于，所述连接件、固定盖、筒体、传感器固定件和底座为不锈钢材质。