CN105973197A - 一种液位静力水准仪 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及静力水准仪技术领域，具体公开一种液位静力水准仪，包括智能传感器和智能电子板两部分，所述智能传感器部分包括电容式传感器、测量膜片检测电路、温度补偿电路，所述智能电子板部分包括微电脑控制器和外围电路；所述电容式传感器内集成有温度传感器、特征化参数存储器EEPROM；所述外围电路包括数/模转换电路、HART通信电路、组态参数存储器、现场调校电路、电子板保护电路；所述电容式传感器包括双隔离膜片、测量膜片、电容固定极板、引线。本发明的优点是，大幅度延长了静力水准仪在户外高湿度，温差较大工况下的工作寿命；解决了小量程范围高精度测量的问题；通过温度补偿消除了因为介质在不同温度下密度变化造成的误差，提高了测量精度。

Description

一种液位静力水准仪
技术领域
本发明涉及静力水准仪技术领域，特别是指一种液位静力水准仪。
背景技术
静力水准仪是一种高精密液位测量系统，该系统适用于测量多点的相对沉降。在使用中，多个静力水准仪和容器用软管连接，每一静力水准仪的相对液位由静力水准仪传感器通过差压的方式测出，传感器的差压随液位的变化而同步变化，由此可测出各测点的液位变化量。在静力水准仪的系统中，所有各测点的垂直位移均是相对于其中的基准点变化，该点的垂直位移是相对恒定的或者是可用其它方式准确测量的，以便能精确计算出静力水准仪系统各测点的沉降变化量或者相对沉降量，静力水准仪采用的传感器是利用金属电容传感器原理开发出的新一代高精度液位测量产品。
市面上销售的静力水准仪对于小于10mm的测量范围的测量要求很难保证0.1％的精度，这是扩散硅传感器的性能决定的，不适合测量小量程的差压信号，且平均寿命较短。
发明内容
本发明的目的是提供一种液位静力水准仪，大幅度延长了静力水准仪在户外高湿度，温差较大工况下的工作寿命；解决了小量程范围高精度测量的问题；通过温度补偿消除了因为介质(水)在不同温度下密度变化造成的误差，提高了测量精度。
为了实现上述目的，本发明采用了以下的技术方案：一种液位静力水准仪，包括智能传感器和智能电子板两部分，所述智能传感器部分包括电容式传感器、测量膜片检测电路、温度补偿电路，所述智能电子板部分包括微电脑控制器和外围电路；
所述电容式传感器内集成有温度传感器、特征化参数存储器EEPROM；
所述外围电路包括数/模转换电路、HART通信电路、组态参数存储器、现场调校电路、电子板保护电路。
其中，所述电容式传感器包括双隔离膜片、测量膜片、电容固定极板、引线、一对刚性绝缘体，所述两个刚性绝缘体相对的内侧面之间界定出电容室，所述电容室内设置有起分隔作用的测量膜片；所述刚性绝缘体相对的内侧面均设置有电容固定极板，外侧面均设置有隔离膜片；所述引线与电容固定极板连接。
其中，所述微电脑控制器通过HART通信电路与电容式传感器连接。
其中，所述数/模转换电路把微电脑控制器修正后的数字信号转换为模拟信号经过温度补偿电路送回电容式传感器。
本发明的有益效果在于：电容式传感器采用双隔离膜片，克服了现有产品在高湿度，温差较大工况下气相侧容易结露的造成传感器彻底损坏的问题，有效的保证了传感器能长时间，全天候的工作。现有的单隔离膜片在高湿度，温差较大工况下工作寿命一般不超过一年，采用双隔离结构后同一工况下一般寿命超过十年。
双隔离膜片金属电容传感器的特性保证能在小量程下高精度的测量，双隔离膜片金属电容传感器恰恰最适合测量小量程的液位，分辨率可以小到0.1mm一下。
电容式传感器内藏温度传感器，能补偿传感器本身因为温度变化造成的误差，也有效补偿了因为温度原因造成液位高度的误差。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对-实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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的附图。
图1为本发明的框架结构示意图；
图2为电容式传感器的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。
如图1所示的一种液位静力水准仪，包括智能传感器和智能电子板两部分，所述智能传感器部分包括电容式传感器、测量膜片检测电路、温度补偿电路，所述智能电子板部分包括微电脑控制器和外围电路；所述电容式传感器内集成有温度传感器、特征化参数存储器EEPROM；所述外围电路包括数/模转换电路、HART通信电路、组态参数存储器、现场调校电路、电子板保护电路。
所述微电脑控制器通过HART通信电路与电容式传感器连接。
所述数/模转换电路把微电脑控制器修正后的数字信号转换为模拟信号经过温度补偿电路送回电容式传感器。
电容式传感器的传感原理是利用弹性膜片感受压力的改变引起电容固定极板2的相对位置发生变化，进而引起电容值的改变，再通过检测电路测得电容值，完成压力的检测。
如图2所示，所述电容式传感器包括双隔离膜片1、测量膜片3、电容固定极板2、引线5、一对刚性绝缘体6，所述两个刚性绝缘体6相对的内侧面之间界定出电容室，所述电容室内设置有起分隔作用的测量膜片3；所述刚性绝缘体6相对的内侧面均设置有电容固定极板2，外侧面均设置有隔离膜片1；所述引线5与电容固定极板2连接。
介质压力通过隔离膜片1和灌充硅油4传递到电容式传感器中心的测量膜片3，该测量膜片3是一张紧的弹性元件，用于监测在测量膜片3上的差压，测量膜片3的位移量与差压成正比，最大位移量为0.1mm。测量膜片3的位置通过测量膜片检测电路检测出来。该传感器具有高分辨率、高精度、高稳定性、高可靠性、响应时间快，工作寿命长等优点。体积小，可全天候工作，无可动件，永不磨损，防护等级IP65；不需重新标定，也不用定期维护，输入/输出多种选择，可选择电压、电流模拟信号输出、RS485数字信号输出。
测量膜片检测电路是将敏感元件所承受的压力转换电压信号，并使该信号与压力信号成比例关系，供微电脑控制器采样使用。
温度传感器：在特征化时通过对压力敏感元件的工作温度进行循环测试，并将数据存入传感器内部的EEPROM中作为温度补偿数据；在运行时对压力敏感元件的工作温度进行测量，利用特征化EEPROM中的温度补偿数据和检测的温度数据进行对比运算，通过微电脑控制器进行温度漂移误差的补偿修正。
特征化参数存储器：保存着温度补偿数据、传感器特征化曲线及特征数据和数字微调数据等，即使关闭了电源，仍能完整地保存存储器中的数据。
微电脑控制器控制传感器的运行，还完成传感器数据处理、数字温度补偿、传递函数运算、工程单位及量程的转换、输出型式选择、阻尼调整、自诊断及HART通信或485通信规则等功能。
组态参数存储器保存着传感器远程和就地所能修改的所有组态数据，即使关闭了电源，数据仍能完整地保存在存储器中。
数/模转换电路把微处理器修正后的数字信号转换为4～20mA模拟信号送往输出回路。
HART通信电路：数字通信电路在电容式传感器和HT475接口或微电脑控制器之间提供接口，这个电路分接收部分和发送部分，接收部分监测叠加在
4～20mA回路上的FSK(频移键控)信号，发送部分以同样形式将信号叠加在4～20mA回路上，通过HART通信可以设定仪表的量程等参数。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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。

Claims (4)

1.一种液位静力水准仪，其特征在于：包括智能传感器和智能电子板两部分，所述智能传感器部分包括电容式传感器、测量膜片检测电路、温度补偿电路，所述智能电子板部分包括微电脑控制器和外围电路；
所述电容式传感器内集成有温度传感器、特征化参数存储器EEPROM；
所述外围电路包括数/模转换电路、HART通信电路、组态参数存储器、现场调校电路、电子板保护电路。
2.根据权利要求1所述的一种液位静力水准仪，其特征在于：所述电容式传感器包括隔离膜片(1)、测量膜片(3)、电容固定极板(2)、引线(5)、一对刚性绝缘体(6)，所述两个刚性绝缘体(6)相对的内侧面之间界定出电容室，所述电容室内设置有起分隔作用的测量膜片(3)；
所述刚性绝缘体(6)相对的内侧面均设置有电容固定极板(2)，外侧面均设置有隔离膜片(1)；所述引线(5)与电容固定极板(2)连接。
3.根据权利要求1所述的一种液位静力水准仪，其特征在于：所述微电脑控制器通过HART通信电路与电容式传感器连接。
4.根据权利要求1所述的一种液位静力水准仪，其特征在于：所述数/模转换电路把微电脑控制器修正后的数字信号转换为模拟信号经过温度补偿电路送回电容式传感器。
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