CN206818273U - 一种新型的基于陶瓷电容传感器的压力式水位计 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种新型的基于陶瓷电容传感器的压力式水位计，属于水文测验领域，包括：电缆(1)、圆柱形不锈钢金属外壳(2)、电压电流变送电路板(3)、陶瓷电容传感器RD32/18(4)、透水石(5)以及密封圈(6)。该基于陶瓷电容传感器的压力式水位计具有测量范围大，精度高且在小量程时过载能力强的优点，解决了现有电测型压力式水位计量程范围小以及在小量程时过载能力差的问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种基于陶瓷电容传感器的压力式水位计，属于水文测验领域。
背景技术
水位是反映水体、水流变化的重要标志，是水文测验中最基本的观测要素，同时也是推算其它水文要素并掌握其变化过程的间接资料。目前常用的水位计主要有浮子式水位计，跟踪式水位计，声波式水位计和压力式水位计。浮子式水位计只适合于岸坡稳定、河床冲淤很小的低含沙量河段使用。跟踪式水位计一般需要在较陡岸坡上架设铁管，悬锤和悬索在管道中升降，驱动记录或讯号装置。声波式水位计其声速受水温、水压，气温及水中浮悬粒子浓度影响，在测量过程中要对声波校正，才能达到最大测量精度。电测型压力式水位计适用于不便建测井的地区，对于环境的适应性要比上述三种水位计强。然而现在市面上很多电测型压力式水位计往往存在量程范围小以及在小量程时过载能力差的问题致使测量数据不准，因此针对现有水位计的这些弊端，本实用新型设计开发了一种量程范围大以及在小量程时过载能力强的高精度压力式水位计。以下详细说明本实用新型所述的一种新型的基于陶瓷电容传感器的压力式水位计在实施过程中所涉及的有关技术内容。
实用新型内容
本实用新型的目的是针对现在市面上很多电测型压力式水位计存在量程范围小以及在小量程时过载能力差的问题而设计开发一种量程范围大以及在小量程时过载能力强的高精度压力式水位计。
为实现以上目的，本实用新型的技术方案参见图1，它由电缆(1)、圆柱形不锈钢金属外壳(2)、电压电流变送电路板(3)、陶瓷电容传感器RD32/18(4)、透水石(5)以及密封圈(6)组成。
上述陶瓷电容传感器RD32/18(4)量程可以小到700pa，其在小量程时具有很强的抗过载能力，抗过载能力可以达到量程的100倍。它的最大量程可以达到7Mpa，所有量程综合误差都可达到0.2FS％，精度较高。
上述电压电流变送电路板(3)主要采用XTR106电压电流变送器将传感器输出信号转换成4～20mA标准信号，XTR106电压电流变送器是高精度，低漂移，具有双路激励电压源，能够驱动电桥且能够对非平衡电桥进行二次非线性补偿的两线制集成变送器，其非线性补偿前后非线性之比可以达到20∶1。
上述陶瓷电容传感器RD32/18(4)以及电压电流变送电路板(3)置于不锈钢金属外壳(2)内部，透水石(5)紧靠陶瓷电容传感器RD32/18(4)的陶瓷膜片前表面，陶瓷电容传感器RD32/18(4)的输出端与电压电流变送电路板(3)的输入端相连，电压电流变送电路板(3)的输出端Io通过电缆(1)连接至信号采集模块。
本实用新型的工作原理是：通过在陶瓷电容传感器RD32/18(4)陶瓷膜片的前表面直接施加过程压力使其产生微小位移，这样活动电极(膜片电极)与固定电极(衬底电极)之间的电容量便发生了变化，经专用ASIC(信号处理电路)处理可使该电容变化值与膜片所受压力成正比，同时内置的温度传感器持续测量介质的温度并进行温度补偿，温度补偿范围为-20℃到+80℃，从而最终输出一个范围为1V～4V的与膜片所受压力基本成线性关系的直流电压，经电压电流变送电路转换为4～20mA标准电流信号送至采集模块。
由于本实用新型设计采用了上述方案，有效地解决了现有电测型压力式水位计量程范围小以及在小量程时过载能力差的问题。
附图说明
图1为本实用新型实施例的基本结构正面剖视图。
图2为本实用新型实施例的内部电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型做进一步的详细说明。
本实用新型实施例的基本结构正面剖视图，如图1所示。本实用新型由电缆(1)、圆柱形不锈钢金属外壳(2)、电压电流变送电路板(3)、陶瓷电容传感器RD32/18(4)、透水石(5)以及密封圈(6)组成。
本实用新型实施例中的陶瓷电容传感器RD32/18(4)量程可以小到700pa，抗过载能力可以达到量程的100倍。它的最大量程可以达到7Mpa，所有量程综合误差都可达到0.2FS％，精度较高，它标准化的高输出具有极强的抗干扰能力，自带温度补偿，温度补偿范围为-20℃到+80℃，并可以和绝大部分介质直接接触，具有很高的稳定性。
本实用新型实施例的内部电路原理图，如图2所示。本实用新型中的电压电流变送电路板(3)上包括五个定值电阻，分别是：第一定值电阻R1、第二定值电阻R2、第三定值电阻R3、第四定值电阻R4、第五定值电阻R5，一个可调电阻Rw1，两个定值电容，分别是 第一定值电容C1和第二定值电容C2，一块XTR106电压电流变送芯片，一个NPN三极管，一块TL431芯片，一个瞬态电压抑制二极管P6KE16CA以及一个高频开关二极管1N4148。
电压电流变送电路板(3)上所有电阻都是精度为千分之一的高精电阻，阻值随温度变化为±25ppm/℃，各个电阻的阻值为：R1为7.5kΩ，R2为3kΩ，R3为1kΩ，R4为40Ω，R5为1.5kΩ，Rw1为1kΩ。电容C1为0.01μF，电容C2为0.01μF。电阻R1两端连接XTR106芯片的管脚3与管脚4，电阻R2一端连接TL431的管脚1，一端连接可调电阻Rw1的可调端，电阻R3一端连接TL431的管脚1和3，一端连接XTR106的管脚1，电阻R4一端连接XTR106的管脚1，一端连接XTR106的管脚11，电阻R5一端连接TL431的管脚2和XTR106的管脚6，一端连接可调电阻Rw1的固定端，电容C1一端连接XTR106的管脚2，一端连接XTR106的管脚5，电容C2一端连接XTR106的管脚10，一端连接XTR106的管脚7，NPN三极管分别连接XTR106的管脚8，管脚9和管脚10，二极管P6KE16CA一端连接XTR106的管脚7，一端连接XTR106的管脚10，二极管1N4148一端连接VCC，一端连接XTR106的管脚10。XTR106的管脚6与管脚12连接在一起，管脚13与管脚14连接在一起。该电压电流变送电路板(3)的功能是将陶瓷电容传感器RD32/18(4)输出的1V～4V的直流电压转换成4～20mA标准电流信号。
陶瓷电容传感器RD32/18(4)的管脚1与电压电流变送电路板(3)中XTR106的管脚13和管脚14相连，陶瓷电容传感器RD32/18(4)的管脚2与电压电流变送电路板(3)中XTR106的管脚6相连，陶瓷电容传感器RD32/18(4)的管脚3与电压电流变送电路板(3)中XTR106的管脚5相连。
将陶瓷电容传感器RD32/18(4)和电压电流变送电路板(3)置于圆柱形不锈钢金属外壳(2)内部，圆柱形不锈钢金属外壳(2)连接处以及圆柱形不锈钢金属外壳(2)与电缆(1)连接处都设有密封圈，防止漏水。将本实用新型投入水中，水压通过透水石作用在陶瓷电容传感器RD32/18(4)陶瓷膜片的前表面，使它输出一个范围为1V～4V的与膜片所受压力基本成线性关系的直流电压，经电压电流变送电路转换为4～20mA标准电流信号送至采集模块。试验结果表明，本实用新型具有测量范围大，精度高且在小量程时过载能力强的优点。
以上通过特定的具体实例说明本实用新型的具体实施方式。本领域的技术人员可由说明书所揭示的内容轻易了解本实用新型的优点与功效。本实用新型也可通过其他不同的实施例加以实施或应用本说明书中的各项细节亦可以基本不同观点与应用，在不背离本实用新型的精神下进行各种修饰与变更。
Claims (6)
1.一种新型的基于陶瓷电容传感器的压力式水位计，其特征在于，包括：
电缆(1)；
圆柱形不锈钢金属外壳(2)；
电压电流变送电路板(3)；
陶瓷电容传感器RD32/18(4)；
透水石(5)；
密封圈(6)；
陶瓷电容传感器RD32/18(4)以及电压电流变送电路板(3)置于不锈钢金属外壳(2)内部，透水石(5)紧靠陶瓷电容传感器RD32/18(4)的陶瓷膜片前表面，陶瓷电容传感器RD32/18(4)的管脚1与电压电流变送电路板(3)中XTR106的管脚13和管脚14相连，陶瓷电容传感器RD32/18(4)的管脚2与电压电流变送电路板(3)中XTR106的管脚6相连，陶瓷电容传感器RD32/18(4)的管脚3与电压电流变送电路板(3)中XTR106的管脚5相连，电压电流变送电路板(3)的输出端Io通过电缆(1)连接至信号采集模块。
2.根据权利要求1所述的一种新型的基于陶瓷电容传感器的压力式水位计，其特征在于，所述电缆(1)用于连接电压电流变送电路板(3)的输出端Io和信号采集模块的输入端。
3.根据权利要求1所述的一种新型的基于陶瓷电容传感器的压力式水位计，其特征在于，所述电压电流变送电路板(3)主要采用XTR106电压电流变送器将传感器输出信号转换成4～20mA标准信号，电压电流变送电路板(3)上包括五个定值电阻，分别是：第一定值电阻R1、第二定值电阻R2、第三定值电阻R3、第四定值电阻R4、第五定值电阻R5，一个可调电阻Rw1，两个定值电容，分别是第一定值电容C1和第二定值电容C2，一块XTR106电压电流变送芯片，一个NPN三极管，一块TL431芯片，一个瞬态电压抑制二极管P6KE16CA以及一个高频开关二极管1N4148，电压电流变送电路板(3)上所有电阻都是精度为千分之一的高精电阻，阻值随温度变化为±25ppm/℃，各个电阻的阻值为：第一定值电阻R1为7.5kΩ，第二定值电阻R2为3kΩ，第三定值电阻R3为1kΩ，第四定值电阻R4为40Ω，第五定值电阻R5为1.5kΩ，可调电阻Rw1为1kΩ，各个电容值为：第一定值电容C1为0.01μF，第二定值电容C2为0.01μF，该电压电流变送电路板(3)的功能是将陶瓷电容传感器RD32/18(4)输出的1V～4V的直流电压转换成4～20mA标准电流信号。
4.根据权利要求1所述的一种新型的基于陶瓷电容传感器的压力式水位计，其特征在于，所述陶瓷电容传感器RD32/18(4)量程可以小到700pa，抗过载能力可以达到量程的100倍， 它的最大量程可以达到7Mpa，所有量程综合误差都可达到0.2FS％，精度较高，它标准化的高输出具有极强的抗干扰能力，自带温度补偿，温度补偿范围为-20℃到+80℃，并可以和绝大部分介质直接接触，具有很高的稳定性。
5.根据权利要求1所述的一种新型的基于陶瓷电容传感器的压力式水位计，其特征在于，所述透水石(5)使水压通过它作用在陶瓷电容传感器RD32/18(4)陶瓷膜片的前表面，使陶瓷电容传感器RD32/18(4)输出一个范围为1V～4V的与膜片所受压力基本成线性关系的直流电压。
6.根据权利要求1所述的一种新型的基于陶瓷电容传感器的压力式水位计，其特征在于，所述密封圈(6)位于圆柱形不锈钢金属外壳(2)连接处以及圆柱形不锈钢金属外壳(2)与电缆(1)连接处，防止漏水。
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