CN1140771C - 水位水温一体化测量装置 - Google Patents

Abstract

一种水位水温一体化测量装置属于自动化控制技术领域，具体而言是一种水位水温一体化取样的全封闭固化的棒式传感器，由水位水温传感器单元和控制器单元组成，该传感器由分频调制的扫频信号源向水中发送电信号，由分频触发敏感元进行接收，对水位进行取样测量，同时由自平衡式温度检测电路对水温进行检测，采用待测量直接数字化的结构，在保证精度的前提下，提高了传感器的稳定性及抗干扰能力，降低了成本，安装、使用、维护方便，实现了水位、水温一体化测量。

Description

水位水温一体化测量装置

一、技术领域

本发明属于自动化控制技术领域，具体而言是一种用于水位和水温检测的测量装置。

二、技术背景

目前国内外在水位1和水温检测控制方面采用的技术和产品不少，其技术难点在于水位传感器，水位传感器归纳起来为以下几种：

1、浮子式水位传感器：它是一种最简单的水位传感器，它由一根管和一个空心浮子球组成。管内装有干簧继电器，空心球内装有一块永久磁铁，当空心球随着水位上下运动时，磁铁作用于继电器。整个浮子式水位传感器相当于定点水位开关，用水位开关对水动力装置进行控制。它的优点是安装使用方便，强信号便于输送，且造价低，所以适用面广。它的缺点是不能连续测量水位，而且它依靠穿在管上的浮球作上下机械运动，容易出现杂物堵塞卡壳失误。如中国专利“浮子式水位计”，公开号CN86107944A。

2、直流电极式水位传感器：属装配型传感器，这种形式的传感器，其检测原理是根据水的导电特性，当电极通过与水接触时形成直流电流或电压，直接或经一个电阻及一个三极管组成的简单电路。信号用导线(一点对一线多线输出或简单并联两线输出)传给后续处理电路。电极用铜或不锈钢或其它金属材料制成。由于电极受电腐蚀和电镀现象的影响，传感器使用寿命不长。如中国专利“水位变色显示器”，公告号2183556Y，(如专利CN2212775Y，CN2072677U，CN2045479U)。该传感器是以牺牲电极为代价进行水位检测的，需经常检修或更换电极，它也是一种简单的控制型水位传感器，实用性差。(如专利：公告号CN2183556Y，CN2212775Y，CN2072677U中均为一点对一线多点引出信号)

三、发明内容

本发明的目的在于：解决现有技术不能解决的问题，如电极受电腐蚀和电镀水垢的问题，扩大适用范围，解决安装、使用、维护方便的问题，降低造价，提供一种结构简单，适应性强的水位可直接采样的普及通用型水位计。

本发明一种水位水温一体化测量装置，其特征在于它由水位水温传感器单元、控制器单元组成[结构详见图1、]，水位水温传感器单元由分频调制的扫频信号源1、分频触发敏感元10、自平衡式温度检测头12、导线6、耐高温柔性套管5、安装螺丝4、水封式引线端子7、电缆13、绝缘体2组成，水位水温传感器单元是一种水位水温一体化取样的全封闭固化的棒式传感器，其直径一般为10-20毫米，长度根据应用要求而定，分频调制的扫频信号源1与自平衡式温度检测头12并排封装在水位水温传感器8的底部，分频触发敏感元10、绝缘体2等间隔交替排列在水位水温传感器8上，绝缘体2用可塑性耐高温绝缘材料浇铸，水位检测电路由采取分频调制的扫频信号源1和分频触发敏感元10组成，以开关脉冲的形式输出数字信号的分频触发敏感元10是由电路芯片骨架9、触发器11、分频触发敏感元电极3组成[结构详见附图2]，水封式引线端子7由耐腐蚀的金属材料制成，水封式引线端子7的一端装有具有水封闭能力的导线连接插座20、另一端与耐高温柔性套管5相连，耐高温柔性套管5的另一端与水位水温传感器8连接[结构详见图1、图4]，控制器单元由光柱15、数码显示屏16、至少一个控制按扭17、控制电路18、受控设备接线端子19组成[结构详见图1]，分频触发敏感元电极3是一个不锈金属空心圆柱体，固定有选频触发器11的电路芯片骨架9固定安装在分频触发敏感元电极3内，与绝缘体2一同经可塑性耐高温绝缘材料浇铸后成为一固态实体，控制电路18由滤波电路21、信号解调电路22、信号输入取样电路23、比较放大电路24、水位光柱显示驱动电路25、A/D转换电路26、译码电路27、温度数码显示驱动电路28、设备控制电路29、越限报警电路31、电源30组成[详见图4]，水位和温度的取样信号经导线6、水封式引线端子7、电缆13送到控制电路18，控制电路18将水位值送到光柱15显示，并判别若达到设定水位值就通过受控设备接线端子19启动或关闭受控设备，同时控制电路18将温度值送到数码显示屏16显示，控制按扭17用于设定水位值。由于采取了分频调制的扫频信号源1和若干个分频触发敏感元10所组成的水位检测电路，水中不会产生水垢。本发明的主要用途及优点

本发明在对电信号在水中的各种导电特性进行了深入研究的基础上，采用待测量直接数字化这样一种设计传感器的全新结构，在保证精度的前提下，提高了传感器的稳定性及抗干扰能力，降低了成本。1、用途：用于工矿企业的水位自动化控制。用于水库、高位水池、水塔、地下水、管网、等水位自动化控制。2、优点：A、抗干扰性能强。

     B、测量精度高，误差小，稳定可靠。

     C、不结垢、不腐蚀、寿命长，不存在电极式传感器电腐蚀和电

        镀水垢的问题。

    D、安装、使用、维护方便，可在任何条件下使用。

    E、结构简单，适应性强造价低。

四、附图说明图1是本发明结构图。图2是分频触发敏感元侧视图图3是控制电路原理框图图4是水封式引线端子结构图

图中标号：

1、分频调制的扫频信号源              2、绝缘体

3、分频触发敏感元电极                4、安装螺丝

5、耐高温柔性套管                    6、导线

7、水封式引线端子                    8、水位水温传感器

9、电路芯片骨架                      10、分频触发敏感元

11、触发器                           12、自平衡式温度检测模块

13、电缆                             14、控制器

15、光柱                             16、数码显示屏

17、控制按扭                         18、控制电路

19、受控设备接线端子                 20、具有水封闭能力的导线连接插座

21、滤波电路                         22、信号解调电路

23、信号输入取样电路                 24、比较放大电路

25、水位光柱显示驱动电路             26、A/D转换电路、

27、译码电路

28、自平衡式温度检测电路及数码显示驱动电路

29、设备控制电路                     30、电源

31、越限报警电路

五、具体实施方式

水位水温一体化测量装置由两大部分组成，水位水温传感器单元8用安装螺丝4安装垂直固定在水箱中，控制器单元14安装在室内，用电缆13连接水位水温传感器8和控制器单元14。

水位水温传感器8的直径为15毫米，长度为540毫米，采用4个长度为35毫米的分频触发敏感元10和5个长度为35毫米的绝缘体2等间隔交替排列在水位水温传感器8上，信号源1与自平衡式温度检测头12并排封装在水位水温传感器8的底部长度为25毫米，内部由导线6进行连接、耐高温柔性套管5长度100毫米，安装螺丝4长度20毫米，水封式引线端子7长度70毫米，具有水封闭能力的导线连接插座20长度为10毫米。

分频触发敏感元电极3用镍铬合金制成，绝缘体2用酚醛树脂浇铸制成。

自行设计的一端装有具有水封闭能力的导线连接插座20的水封式引线端子7由不锈钢制成(具有水封闭能力的导线连接插座20的剖视图见图4A-A视图)。

水位水温传感器8在使用时传感器垂直安装于水中，分频调制的扫频信号源1向水中循环发射一组不同频率的电信号，当水位上下变化时相应的分频触发敏感元10接收到对应频率的电信号，进行转换并发出水位值信号，每一个敏感元都是由电路芯片骨架9、触发器11、分频触发敏感元电极3构成[详见附图2]。每个敏感元都是以开关脉冲的形式输出数字信号，再经过D/A转换电路，将开关数字信号变换成模拟信号输出，既将由低到高的水位变化，变换成0.15-1.5mA的电流信号经导线6、水封式引线端子7、具有水封闭能力的导线连接插座20、电缆13送到控制电路18，由滤波电路21、信号解调电路22、信号输入取样电路23、比较放大电路24、水位光柱显示驱动电路25将水位值进行处理，送到光柱15显示，并判别若达到设定水位值就通过受控设备接线端子19启动或关闭受控设备，若超过设定水位值由越限报警电路31进行报警，水位值的设定由控制按扭17进行。

水温检测由封装在水位水温传感器8底部的自平衡式温度检测头12进行检测并转换为电压信号经导线6、水封式引线端子7、具有水封闭能力的导线连接插座20、电缆13送到控制电路18，由滤波电路21、信号解调电路22、信号输入取样电路23、比较放大电路24、A/D转换电路26、译码电路27自平衡式温度检测电路及数码显示驱动电路28进行处理将温度值送到数码显示屏16显示。

Claims (1)

1、一种水位水温一体化测量装置其特征在于它由水位水温传感器单元(8)、控制器单元(14)组成，其水位水温传感器单元(8)由分频调制的扫频信号源(1)、分频触发敏感元(10)、自平衡式温度检测头(12)、导线(6)、耐高温柔性套管(5)、安装螺丝(4)、水封式引线端子(7)、电缆(13)、绝缘体(2)组成，水位水温传感器单元是一种水位水温一体化取样的全封闭固化的棒式传感器，其直径一般为10-20毫米，长度根据应用要求而定，分频调制的扫频信号源(1)与自平衡式温度检测头(12)并排封装在水位水温传感器(8)的底部，分频触发敏感元(10)、绝缘体(2)等间隔交替排列在水位水温传感器(8)上，绝缘体(2)用可塑性耐高温绝缘材料浇铸，水位检测电路由采取分频调制的扫频信号源(1)和分频触发敏感元(10)组成，以开关脉冲的形式输出数字信号的分频触发敏感元(10)是由电路芯片骨架(9)、触发器(11)、分频触发敏感元电极(3)组成，水封式引线端子(7)由耐腐蚀的金属材料制成，水封式引线端子(7)的一端装有具有水封闭能力的导线连接插座(20)、另一端与耐高温柔性套管(5)相连，耐高温柔性套管(5)的另一端与水位水温传感器(8)连接，控制器单元由光柱(15)、数码显示屏(16)、至少一个控制按扭(17)、控制电路(18)、受控设备接线端子(19)组成，分频触发敏感元电极(3)是一个不锈金属空心圆柱体，固定有分频触发器(11)的电路芯片骨架(9)固定安装在分频触发敏感元电极(3)内，与绝缘体(2)一同经可塑性耐高温绝缘材料浇铸后成为一固态实体，控制电路(18)由滤波电路(21)、信号解调电路(22)、信号输入取样电路(23)、比较放大电路(24)、水位光柱显示驱动电路(25)、A/D转换电路(26)、译码电路(27)、温度数码显示驱动电路(28)、设备控制电路(29)、越限报警电路(31)、电源(30)组成，水位和温度的取样信号经导线(6)、水封式引线端子(7)、电缆(13)送到控制电路(18)，控制电路(18)将水位值送到光柱(15)显示，并判别若达到设定水位值就通过受控设备接线端子(19)启动或关闭受控设备，同时控制电路(18)将温度值送到数码显示屏(16)显示，控制按扭(17)用于设定水位值。

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