CN106768189A - 带温度自适应系统的插入式磁浮子液位计 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带温度自适应系统的插入式磁浮子液位计，包括电源、采样电阻、整流电路、AVR单片机处理器、温度传感器、数字变位器以及电流信号输出端，所述的电源分别与采样电阻、AVR单片机处理器和温度传感器相连接，所述的采样电阻通过整流电路与电流信号输出端相连接，所述的AVR单片机处理器通过数字变位器与电流信号输出端相连接。通过上述，本发明的带温度自适应系统的插入式磁浮子液位计，提高实际液位的测量精度，大大提高了检测的精度，减小偏差（从6%降低到0.3%），同时提高产品的使用寿命和安全性。

Description

带温度自适应系统的插入式磁浮子液位计

技术领域

本发明涉及于工业自动化的技术领域，特别是涉及一种带温度自适应系统的插入式磁浮子液位计，属于仪器仪表，直接应用于水处理，化工、船舶、石油、生物制药、环保、市政、食品等行业。

背景技术

1) 仪表化与局部自动化(20世纪50-60年代)阶段

20世纪50年代前后，磁浮子液位计在过程控制中开始得到发展。一些工厂企业实现了仪表化和局部自动化。这是磁浮子液位计在过程控制发展中的第一个阶段。这个阶段的主要特点是：采用的过程检测控制仪表为基地式仪表和部分单元组合式仪表，而且多数是气动仪表；过程控制系统的结构绝大多数是单输入—单输出系统；被控参数主要是液位，控制的目的主要是保持这些工艺参数的稳定、准确，确保生产安全；

2)综合自动化(20世纪60-70年代中期)阶段

在20世纪60 年代，随着工业生产的不断发展，对磁浮子液位计提出了新的要求；电子技术的迅速发展，也为自动化技术工具的不断完善提供了条件，磁浮子液位计开始进入第二阶段。在这一阶段中，工业生产过程出现了一个车间乃至一个工厂的综合自动化，其主要特点是：大量采用单元组合仪表(包括气动和电动)和组装式仪表。与此同时，计算机开始应用于过程控制领域，实现了直接数字控制(Direct Digital Control，DDC)和设定值控制(Statistical Process Control，SPC)。在自动化仪表过程控制系统的结构方案方面，相继出现了各种复杂的控制系统，如串级控制、前馈—反馈复合控制、Smith 预估控制以及比值、均匀、选择性控制等，一方面提高了控制质量，另一方面也满足了一些特殊的控制要求。自动化仪表控制系统的析与综合的理论基础，由经典控制理论发展到现代控制理论。控制系统由单变量系统转向多变量系统，以解决生产过程中遇到的更为复杂的问题；

3)全盘自动化(20世纪70年代中期至今)阶段

20世纪70年代中期以来，随着现代工业生产的迅猛发展，微型计算机的开发与应用，经历三阶段：

一阶段的主要特点是：在新型的自动化技术工具方面，开始采用以微处理器为核心的智能单元组合仪表(包括可编程序控制器等)；成分在线检测与数据处理的应用也日益广泛；模拟调节仪表的品种不断增加，可靠性不断提高，磁浮子液位计也实现了本质安全防爆，适应了各种复杂过程控制的要求。在过程控制系统的结构方面，由单变量控制系统发展到多变量系统，由生产过程的定值控制发展到最优控制、自适应控制，由自动化仪表控制系统发展到计算机分布式控制系统等。在控制理论的运用方面，现代控制理论移用到过程控制领域，如状态反馈、最优控制、解耦控制等在过程控制中的应用，加速了过程建模、测试以及控制方法设计、分析等控制技术和理论的发展。

当前，磁浮子液位计已进入了计算机时代，进入了所谓计算机集成过程控制系统(Computer Integrated Process System，CIPS)的时代。CIPS 利用计算机技术，对整个企业的运作过程进行综合管理和控制，包括市场营销、生产计划调度、原材料选择、产品分配、成本管理，以及工艺过程的控制、优化和管理等全过程。分布式控制系统，先进过程控制策略以及网络技术、数据库技术等将是实现CIPS 的重要基础。可以预计，过程控制将在我国社会主义现代化建设过程中得到更快的发展。

目前使用的磁浮子液位计是基于浮力及磁力原理设计的。带有磁铁的浮球（简称浮球）在被测介质中的位置受浮力作用影响：液位的变化导致磁性浮子位置的变化。浮球中的磁体和导管中的传感器（磁簧开关）作用，使导管中串联入电路的元件（定值电阻）的数量发生变化，进而使仪表电路系统的电学量（电流值）发生改变。也就是使磁性浮子位置的变化引起电流值大小的变化，从而输出也液位相对应电流信号或开关信号。根据客户需求，实现自动设备的远程控制或报警。

导管部分沉浸在被测溶液中，导管内的温度随液体温度的变化而变化。导管中定值电阻，在温度变化时阻值会产生变化，从而影响输出电流，使输出也液位相对应电流信号或开关信号不准确，对应的液位值误差太大。

在温度变化不大的情况下，实际液位偏差不大。但实际使用过程温差很大（如液体温度从0度到90度反复变化），输出的信号值就不能和实际的液位精确匹配，影响设备的控制精度。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种带温度自适应系统的插入式磁浮子液位计，由于采样电阻固有属性（电阻的温漂），采样电阻在温度变化时阻值会产生变化，利用温度传感器检测采样电阻周围温度，通过AVR单片机处理器分析处理，给数字变位器发出指令，对输出电流或信号做校正补偿，从而达到输出值不随温度的改变而改变，提高实际液位的测量精度，大大提高了检测的精度，减小偏差（从6%降低到0.3%），同时提高产品的使用寿命和安全性。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供了一种带温度自适应系统的插入式磁浮子液位计，包括电源、采样电阻、整流电路、AVR单片机处理器、温度传感器、数字变位器以及电流信号输出端，所述的电源分别与采样电阻、AVR单片机处理器和温度传感器相连接，所述的采样电阻通过整流电路与电流信号输出端相连接，所述的AVR单片机处理器通过数字变位器与电流信号输出端相连接。

在本发明一个较佳实施例中，所述的电源采用24V的直流电源。

在本发明一个较佳实施例中，所述的数字变位器采用型号为AD8400的数字可调变位器。

在本发明一个较佳实施例中，所述的数字变位器包括正补偿数字变位器和负补偿数字变位器。

在本发明一个较佳实施例中，所述的温度传感器采用型号为DS78B20的温度传感器。

在本发明一个较佳实施例中，所述的温度传感器的测量温度范围从-55摄氏度到+125摄氏度，增量为0.5摄氏度。

在本发明一个较佳实施例中，所述的温度传感器的信号通过单线接口传输给AVR单片机处理器。

在本发明一个较佳实施例中，所述的电流信号输出端与外部控制设备相连接。

本发明的有益效果是：本发明的带温度自适应系统的插入式磁浮子液位计，由于采样电阻固有属性（电阻的温漂），采样电阻在温度变化时阻值会产生变化，利用温度传感器检测采样电阻周围温度，通过AVR单片机处理器分析处理，给数字变位器发出指令，对输出电流或信号做校正补偿，从而达到输出值不随温度的改变而改变，提高实际液位的测量精度，大大提高了检测的精度，减小偏差（从6%降低到0.3%），同时提高产品的使用寿命和安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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的一些实施例，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它的附图，其中：

图1 是本发明一种带温度自适应系统的插入式磁浮子液位计的一较佳实施例的结构框图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例包括：

一种带温度自适应系统的插入式磁浮子液位计，包括电源、采样电阻、整流电路、AVR单片机处理器、温度传感器、数字变位器以及电流信号输出端，所述的电源分别与采样电阻、AVR单片机处理器和温度传感器相连接，所述的采样电阻通过整流电路与电流信号输出端相连接，所述的AVR单片机处理器通过数字变位器与电流信号输出端相连接。

上述中，所述的电源采用24V的直流电源；所述的数字变位器采用型号为AD8400的数字可调变位器。其中，所述的数字变位器包括正补偿数字变位器和负补偿数字变位器。

进一步的，所述的温度传感器采用型号为DS78B20的温度传感器；所述的温度传感器的信号通过单线接口传输给AVR单片机处理器。其中，所述的温度传感器的测量温度范围从-55摄氏度到+125摄氏度，增量为0.5摄氏度。

本实施例中，所述的电流信号输出端与外部控制设备相连接。

具体说明如下：

(1)电源：外接电源，为整个电路供电；

(2)采样电阻：与磁簧开关并联，为电路提供可变电阻值，并与测量的液位高度均匀分布对应；

(3) 整流电路: 滤波作用，确保采用电阻输出实际电流稳定可靠；

(4) AVR单片机处理器：对采样的温度与基准温度作对比分析，再对数字变位器发出指令，做电流值补偿，当采样电阻周围温度上升时，电阻阻值变大，输出信号电流变小，此时采用正补偿，调节正补偿数字变位器的正补偿变位器阻值，以增大信号电流；当采样电阻周围温度下降时，电阻阻值变小，输出信号电流变大 ，此时采用负补偿，调节负补偿数字变位器的负补偿变位器阻值，以增大信号电流，从而实现传感器输出信号的精度；

(5)温度传感器：检测采样电阻周围温度，信号通过单线接口传输给AVR单片机处理器。

(6)数字变位器：接收AVR单片机处理器分析指令，对温飘电阻作电流的正补偿或负补偿。

(7)电流信号输出端: 作为输出端，与外部控制设备连接，为其提供控制信号。

反馈方案原理说明：

AVR单片机处理器采用AVR系列ATMEGA8-AU，此系列单片机具有稳定性可靠，程序指令运行效率高，耐温系数高等特点，广泛应用于各工业场合；温度传感器采用DS18B20，检测采样电阻周围温度；采用两个数字可调变位器（AD8400）补偿输出电流值。当采样电阻周围温度上升时，电阻阻值变大，输出信号电流变小，此时采用正补偿，调节正补偿数字变位器的正补偿变位器阻值，以增大信号电流；当采样电阻周围温度下降时，电阻阻值变小，输出信号电流变大，此时采用负补偿，调节负补偿数字变位器的负补偿变位器阻值，以增大信号电流，从而实现传感器输出信号的精度。

温度传感器DS18B20：DS18B20数字温度计提供9位温度读数，是一款单总线温度传感器。信号通过单线接口送入或送出；读写和完成温度变换所需的电源可以由数据线本身提供。测量温度范围从-55摄氏度到+125摄氏度，增量为0.5摄氏度，并在1S内即可将温度变换为数字。应用范围包括恒温控制，工业系统，消费类产品，温度计和任何热敏系统。

AD8400数字变位器：AD8400是单通道256位、数字控制可变电阻(VR)器件，可实现与机械电位计或可变电阻相同的电子调整功能。AD8400内置一个可变电阻，采用紧凑的SOIC-8封装。内置一个带游标触点的固定电阻，该游标触点在载入控制串行输入寄存器的数字码所确定的数字码分接该固定电阻值。游标与固定电阻任一端点之间的电阻值，随传输至VR锁存器中的数字码呈线性变化。在A端与游标或B端与游标之间，各可变电阻提供一个完全可编程电阻值。A至B固定端接电阻(1kΩ、10kΩ、50kΩ或100kΩ)的通道间匹配容差为±1%，标称温度系数为500ppm/°C。借助独特的开关电路，可将传统开关电阻设计中固有的高脉冲干扰降至最低，从而避免任何先合后开或先开后合操作。器件的保证工作温度范围均为−40°C至+125°C扩展工业温度范围。

本发明的带温度自适应系统的插入式磁浮子液位计与现有技术相比具有如下优点：

1、扩大了应用范围，在−40°C至+125°C液位下，均可使用；

2、由于作了电阻的温度补偿，大大提高了检测的精度，减小偏差（从6%降低到0.3%）；

3、由于测量更精准稳定，提高产品的使用寿命和安全性。

综上所述，本发明的带温度自适应系统的插入式磁浮子液位计，由于采样电阻固有属性（电阻的温漂），采样电阻在温度变化时阻值会产生变化，利用温度传感器检测采样电阻周围温度，通过AVR单片机处理器分析处理，给数字变位器发出指令，对输出电流或信号做校正补偿，从而达到输出值不随温度的改变而改变，提高实际液位的测量精度，大大提高了检测的精度，减小偏差（从6%降低到0.3%），同时提高产品的使用寿命和安全性。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种带温度自适应系统的插入式磁浮子液位计，其特征在于，包括电源、采样电阻、整流电路、AVR单片机处理器、温度传感器、数字变位器以及电流信号输出端，所述的电源分别与采样电阻、AVR单片机处理器和温度传感器相连接，所述的采样电阻通过整流电路与电流信号输出端相连接，所述的AVR单片机处理器通过数字变位器与电流信号输出端相连接。

2.根据权利要求1所述的带温度自适应系统的插入式磁浮子液位计，其特征在于，所述的电源采用24V的直流电源。

3.根据权利要求1所述的带温度自适应系统的插入式磁浮子液位计，其特征在于，所述的数字变位器采用型号为AD8400的数字可调变位器。

4.根据权利要求3所述的带温度自适应系统的插入式磁浮子液位计，其特征在于，所述的数字变位器包括正补偿数字变位器和负补偿数字变位器。

5.根据权利要求1所述的带温度自适应系统的插入式磁浮子液位计，其特征在于，所述的温度传感器采用型号为DS78B20的温度传感器。

6.根据权利要求5所述的带温度自适应系统的插入式磁浮子液位计，其特征在于，所述的温度传感器的测量温度范围从-55摄氏度到+125摄氏度，增量为0.5摄氏度。

7.根据权利要求5所述的带温度自适应系统的插入式磁浮子液位计，其特征在于，所述的温度传感器的信号通过单线接口传输给AVR单片机处理器。

8.根据权利要求1所述的带温度自适应系统的插入式磁浮子液位计，其特征在于，所述的电流信号输出端与外部控制设备相连接。