CN209027626U - 一种智能型料位传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种智能型料位传感器，包括：壳体、探头和电路部分，壳体内设有固定支架，固定支架用于安装电路部分；电路部分设置在壳体和探头内，电源电路给各个模块提供电源；MCU处理器与D/A转换电路相连，D/A转换电路与振荡电路相连，为振荡电路供电；振荡电路的正弦波信号经F/V转换电路变换后送入滞回比较器，经滞回比较器转换为数字量后送入MCU处理器，温度感应电路与MCU处理器连接，电压反馈回路的输入端与F/V转换电路连接，输出端与MCU处理器经A/D转换器相连，电压反馈回路用于获取振荡电路的状态并且可通过D/A转换电路对振荡电路的状态进行调整。

Description

一种智能型料位传感器

技术领域

本实用新型涉及仪器仪表行业中一种料位检测仪器，尤其涉及一种智能型料位传感器。

背景技术

智能型料位传感器的感应电容串接在振荡回路内，一般是RC振荡回路。电源接通时，振荡回路不振荡，当一目标物朝着电容器的电极靠近时，电容器的电容值开始增加，振荡器开始振荡。通过后级电路的处理，将不振荡和振荡两种信号转换成开关信号，从而起到检测有无物体存在的目的。一般的智能型料位传感器电路使用时容易受环境温度的影响，尤其是在检测液体温度变化大时容易产生温漂，出现判断失误。而且大多以灌封为主，工艺复杂、维修不方便，耐腐蚀能力差，体积较大，造型不够美观。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型提出了一种智能型料位传感器。

为了达到上述目的，本实用新型的技术方案如下：

一种智能型料位传感器，包括：壳体、探头和电路部分，所述壳体内设有固定支架，所述固定支架用于安装所述电路部分；所述电路部分设置在所述壳体和探头内，所述电路部分包括：电源电路、振荡电路、F/V转换电路、滞回比较器、A/D转换器、D/A转换电路、MCU处理器、温度感应电路和电压反馈回路；所述电源电路给各个模块提供电源；所述MCU处理器与所述D/A转换电路相连，所述D/A转换电路与所述振荡电路相连，为所述振荡电路供电；所述振荡电路的正弦波信号经所述F/V转换电路变换后送入所述滞回比较器，经所述滞回比较器转换为数字量后送入所述MCU处理器，所述温度感应电路与所述MCU处理器连接，所述电压反馈回路的输入端与所述F/V转换电路连接，输出端与所述MCU处理器经所述A/D转换器相连，所述电压反馈回路用于获取所述振荡电路的状态并且可通过所述D/A转换电路对所述振荡电路的状态进行调整。

优选地，还包括开关量输出电路，所述MCU处理器的单片机输出I\0与所述开关量输出电路连接；所述温度感应电路与所述MCU处理器采用I2C通讯连接，所述温度感应电路用于获取周围温度信息并依据给定的温度补偿算法作出温度补偿，且所述MCU处理器内部存储器存储有温漂补偿数值表。

优选地，所述MCU处理器的单片机输出I/O还通过限流电阻与二个LED状态指示灯连接，二个LED状态指示灯分别用于上电指示和输出指示。

优选地，所述MCU处理器的单片机输入I/O还通过限流电阻与二个按键开关连接，二个按键用于学习料位高度和设定开关量输出常开常闭。

优选地，还包括感应电极，所述感应电极与所述振荡电路连接。感应电极通过串联电阻连接为振荡电路的电容，感应电极为柱状金属。应电极相当于电容的一个极板，当有物体靠近时，改变电极的介电常数，电极电容量增加，从而改变振荡电路的振幅大小。

优选地，所述电路部分还包括保护电路，所述保护电路与所述开关量输出电路连接，所述保护电路用于实现反极性保护、短路保护以及过载保护。保护电路包括：自恢复保险丝；自恢复保险丝串联在输出电路中，与MOS管的漏极相连；当出现短路事件时，流过保险丝的电流增大，超过保险丝额定的数值，保险丝断开，输出关闭，从而达到短路保护的目的。

优选地，所述F/V转换电路包括芯片、晶振输出端、滞回比较器，所述芯片与所述接在晶振输出端连接，为芯片提供2MHZ工作频率，所述芯片与所述振荡电路的振荡电容以及感应电极连接，多路二选一模拟开关芯片通过不断的开关采取振荡电路振荡电压，经RC滤波后送入差分放大电路，所述芯片与所述滞回比较器的两个输入端连接。

优选地，所述滞回比较器是以集成运放搭建的，运放的引脚作为输入引脚连接上述F/V转换电路的两个输出引脚输出比较后的信号，将输出电压反馈至同相输入端引脚。

优选地，所述电源电路设有抗干扰、防静电、防雷击的隔离组件，所述隔离组件包括磁珠和扼流圈，所述扼流圈设置在电源的输入端，抑制电路中的共模干扰信号；同时，在所述扼流圈的后面并联一个所述磁珠，用来消除电路中的高频干扰信号；同时，电源单元与壳体连接并连接大地，以释放电路内部多余电荷和干扰。

优选地，所述固定支架设置于所述壳体中，所述固定支架为2个对称的塑胶件，所述塑胶件呈半椭圆状，在半椭圆的内壁上设有卡口，用来固定所述电路板，起到防振、屏蔽、抗干扰的作用。

优选地，所述壳体上设有显示罩、按键、接插件，显示罩内设有显示单元，显示罩从壳体内部通过压合片固定在壳体内表面，用来显示电源状态和输出状态；按键从壳体的表面装入，用来学习料位高度和进行参数设定；接插件上设有密封圈，从壳体侧面的圆孔伸入壳体，接插件用来连接外接线缆，给电路部分供电；塑胶件用来固定电路部分，起到抗震、绝缘、抗干扰的作用。

优选地，所述探头包括下盖、下盖连接件、探头本体，下盖与下盖连接件通过过盈配合固定，下盖连接件与探头本体通过螺纹连接；所述壳体和探头本体均使用耐腐蚀金属材料制成。

优选地，所述下盖连接件顶部设有台阶，台阶上设有密封圈，密封圈在下盖连接件与下盖配合时起到密封的作用；下盖连接体的中部为圆柱面，圆柱面的两侧设有两个对应的扳手卡槽，下盖连接件下部设有螺纹。

优选地，所述探头本体外设有螺纹，螺纹下部设有卡槽，卡槽上设有密封圈，探头本体与下盖连接件通过螺纹密封固定防水。

优选地，所述下盖设有一个圆孔，所述圆孔中安装有用于增强产品抗干扰能力接地线，所述圆孔孔径≤1.5mm。

如上所述，本实用新型提供的一种智能型料位传感器，具有以下有益效果：可靠性高、检测精度准确、不会受温度影响，抗干扰能力强，可以轻松的通过按键学习方式来实现，不需要灌封即可达到IP68防护等级；结构、工艺简单，成本低，维修方便，耐腐蚀，体积小，造型美观，安装方便的智能型料位传感器。

附图说明

图1为一种智能型料位传感器的原理框图。

图2为一种智能型料位传感器的剖视图。

图3为一种智能型料位传感器的外部结构示意图。

图4为一种智能型料位传感器的爆炸图。

图5为一种智能型料位传感器的滞回比较器电路图。

图6为一种智能型料位传感器的F/V转换电路电路图。

1.壳体，11.压合片，12.显示罩，13.按键，14.接插件，15.固定支架，2.电路部分，21.主控电路板，22.测量板，3.探头部分，31.下盖，311.密封圈，312.密封垫片，313.下盖连接件，314.密封圈，315.分隔片，316.感应电极，317.密封圈，318.探头本体。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。

请参阅图1至图6。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

如图1至图6所示，本实用新型提供一种智能型料位传感器，所述壳体内设有固定支架，所述固定支架用于安装所述电路部分；电路部分包括：电源电路、振荡电路、F/V转换电路、滞回比较器、A/D转换器、D/A转换电路、开关量输出电路以及MCU处理器；电源电路提供电源；MCU处理器与D/A转换电路相连，D/A转换电路与振荡电路相连，为振荡电路供电；振荡电路的正弦波信号经F/V转换电路变换后送入滞回比较器，经滞回比较器转换为数字量后送入MCU处理器，MCU处理器的输出IO与开关量输出电路连接，电路部分还包括：温度感应电路和电压反馈回路；温度感应电路与MCU处理器采用I2C通讯连接，温度感应电路用于获取周围温度信息并依据给定的温度补偿算法作出温度补偿，且MCU处理器内部存储器存储有温漂补偿数值表，MCU处理器烧写有编译好的程序，负责接收温度数据；电压反馈回路的输入端与F/V转换电路连接，输出端与MCU处理器经A/D转换器相连，电压反馈回路用于获取振荡电路的状态并且可通过D/A转换电路对振荡电路的状态进行调整。

工作时MCU结合温度感应电路的数据通过查表实现对应的温漂补偿，尤其在高温时保持稳定的工作点，从而在用户设定好的参数内实现感应距离稳定，输出稳定。

本实用新型智能型料位传感器具有温度补偿、环境变量补偿自动调整功能使得产品受外界干扰的影响变小，更加适合安装在不需经常调整、环境微变的场合。MCU处理器内部存储器为FLASH存储器，该FLASH存储器还存储记录设置数据、学习数据。

进一步，MCU处理器的输入I/O还通过限流电阻与二个按键开关连接。

采用上述优选的方案，通过操作二个按键，实现对传感器参数设置，实现智能学习功能。传感器设置有学习功能，来调节本装置的工作状态。学习功能使其自动学习并屏蔽背景干扰，令料位传感器的检测功能更易精确和方便实现，避免了人工调整带来的误差和不方便。

进一步，电源电路包括18～36V直流电源，设有磁珠、扼流圈等抗干扰、防静电、防雷击的元器件，来隔离、屏蔽电源内部的高频和共模干扰信号，防止信号形变；同时，电源与壳体连接接大地，来释放电路内部多余电荷和干扰，具有很强的防雷击和抗干扰性能。

进一步，振荡电路为石英晶体振荡电路，其频率为2MHZ，振荡电路元器件选用低温漂精密器件，保证了振荡电路的温度稳定性。振荡电路串联电阻、电容后连接至感应电极，感应电极由柱状的金属材料制成。感应电极相当于电容的一个极板，当有物体靠近时，改变电极的介电常数，电极电容量增加，从而改变振荡电路的振幅大小。

进一步，F/V转换电路是以多路二选一模拟开关芯片为核心，该芯片11号引脚接在晶振输出端，为芯片提供2MHZ工作频率。引脚4、引脚15连接振荡电路的振荡电容以及感应电极。多路二选一模拟开关芯片通过不断的开关采取振荡电路振荡电压，经RC滤波后送入差分放大电路。芯片的引脚1、引脚3分别连接滞回比较器的两个输入端。

进一步，上述滞回比较器是以集成运放搭建的，运放的引脚2、引脚3作为输入引脚连接上述F/V转换电路的两个输出，引脚1输出比较后的信号，同时引脚1串联电阻后将输出电压反馈至同相输入端引脚3。

进一步，上述D/A转换电路采用数模转换器，用于将数字信号转换为模拟电压信号，MCU处理器通过D/A转换电路为振荡电路供电，并控制振荡电路的状态。

进一步，电路部分还包括保护电路，保护电路与开关量输出电路连接，保护电路用于实现反极性保护、短路保护以及过载保护。

采用上述优选的方案，保护电路包括：自恢复保险丝；自恢复保险丝串联在输出电路中，与MOS管的漏极相连；当出现短路事件时，流过保险丝的电流增大，超过保险丝额定的数值，保险丝断开，输出关闭，从而达到短路保护的目的。

进一步，上述温度感应电路采用温度采集芯片，可检测±1℃的温度变化，并将实时温度传送至MCU，温度采集芯片与MCU采用I2C通讯。

进一步，上述振荡电路带有温敏电阻，补偿振荡电路元器件温漂，可使得振幅在高温时不变。

进一步，MCU处理器的输出I/O还通过限流电阻与红绿二个同颜色LED状态指示灯连接，二个LED状态指示灯分别用于上电指示和输出指示。

采用上述优选的方案，LED状态指示灯用于指示传感器的工作状态,使得操作人员可以更直观的感受。

在实际应用中，壳体1下端与下盖31上端过盈配合连接结构，下盖31下端与下盖连接件313上端过盈配合连接结构，下盖连接件313下端与探头318上端螺纹连接结构，方便制作和安装。

如图3所示，壳体1设有显示罩12、按键13、接插件14，显示罩12内设有显示单元，显示罩12从壳体内部通过压合片11固定在壳体内表面，用来显示电源状态和输出状态；按键13从壳体的表面装入，用来学习料位高度和进行参数设定；接插件14上设有密封圈，从壳体1侧面的圆孔伸入壳体，接插件114用来连接外接线缆，给电路部分供电；塑胶件115用来固定电路部分2，起到抗震、绝缘、抗干扰的作用。

下盖31包括下盖连接件313、密封圈314、分隔片315、感应电极316、密封圈317、探头本体318，所述下盖连接件313与所述密封圈314在下盖31和下盖连接件313之间过盈配合时起到密封的作用，密封圈317在下盖连接件313和探头本体318螺纹连接时起到密封的作用，感应电极316与测量板22连接后置于探头本体318内，分隔片315在盖连接件313内用于固定电路部分。

下盖连接件313设有2个卡槽，上部卡槽上设有密封圈311，下部卡槽上设有密封垫312，密封圈311和密封垫312起到防水防尘的效果。双槽设计大大提高了密封性能，起到防水、防潮和防尘的作用。

下盖31顶部设有一个圆孔，所述圆孔中安装有用于增强产品抗干扰能力接地线，所述圆孔孔径≤1.5mm。

壳体1和下盖31均采用耐腐蚀材料制成，壳体1和下盖31之间通过过盈配合来固定，通过下盖31上的密封圈311和密封垫312来密封。

综上所述，本实用新型提供一种智能型料位传感器，可靠性高、检测精度准确、不会受温度影响，抗干扰能力强，可以通过按键学习来实现；采用过盈配合不灌胶密封结构，防护等级可达IP68防护；壳体采用耐酸碱材料制成，防腐耐用；结构简单，安装、维修方便，体积小，造型美观。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种智能型料位传感器，其特征在于：包括：壳体、探头和电路部分，所述壳体内设有固定支架，所述固定支架用于安装所述电路部分；所述电路部分设置在所述壳体和探头内，所述电路部分包括：电源电路、振荡电路、F/V转换电路、滞回比较器、A/D转换器、D/A转换电路、MCU处理器、温度感应电路和电压反馈回路；所述电源电路给各个模块提供电源；所述MCU处理器与所述D/A转换电路相连，所述D/A转换电路与所述振荡电路相连，为所述振荡电路供电；所述振荡电路的正弦波信号经所述F/V转换电路变换后送入所述滞回比较器，经所述滞回比较器转换为数字量后送入所述MCU处理器，所述温度感应电路与所述MCU处理器连接，所述电压反馈回路的输入端与所述F/V转换电路连接，输出端与所述MCU处理器经所述A/D转换器相连，所述电压反馈回路用于获取所述振荡电路的状态并且可通过所述D/A转换电路对所述振荡电路的状态进行调整。

2.根据权利要求1所述的一种智能型料位传感器，其特征在于：还包括开关量输出电路，所述MCU处理器的单片机输出I\0与所述开关量输出电路连接；所述温度感应电路与所述MCU处理器采用I2C通讯连接，所述温度感应电路用于获取周围温度信息并依据给定的温度补偿算法作出温度补偿，且所述MCU处理器内部存储器存储有温漂补偿数值表。

3.根据权利要求2所述的一种智能型料位传感器，其特征在于：所述MCU处理器的单片机输出I/O还通过限流电阻与二个LED状态指示灯连接，二个LED状态指示灯分别用于上电指示和输出指示，所述MCU处理器的单片机输入I/O还通过限流电阻与二个按键开关连接，二个按键用于学习料位高度和设定开关量输出常开常闭。

4.根据权利要求3所述的一种智能型料位传感器，其特征在于：还包括感应电极，所述感应电极与所述振荡电路连接。

5.根据权利要求1所述的一种智能型料位传感器，其特征在于：所述F/V转换电路包括芯片、晶振输出端、滞回比较器，所述芯片与所述接在晶振输出端连接，为芯片提供2MHZ工作频率，所述芯片与所述振荡电路的振荡电容以及感应电极连接，多路二选一模拟开关芯片通过不断的开关采取振荡电路振荡电压，经RC滤波后送入差分放大电路，所述芯片与所述滞回比较器的两个输入端连接。

6.根据权利要求5所述的一种智能型料位传感器，其特征在于：所述滞回比较器是以集成运放搭建的，运放的引脚作为输入引脚连接上述F/V转换电路的两个输出引脚输出比较后的信号，将输出电压反馈至同相输入端引脚。

7.根据权利要求1所述的一种智能型料位传感器，其特征在于：所述壳体上设有显示罩、按键、接插件，显示罩内设有显示单元，显示罩从壳体内部通过压合片固定在壳体内表面，用来显示电源状态和输出状态；按键从壳体的表面装入，用来学习料位高度和进行参数设定；接插件上设有密封圈，从壳体侧面的圆孔伸入壳体，接插件用来连接外接线缆，给电路部分供电；塑胶件用来固定电路部分，起到抗震、绝缘、抗干扰的作用。

8.根据权利要求7所述的一种智能型料位传感器，其特征在于：所述探头包括下盖、下盖连接件、探头本体，下盖与下盖连接件通过过盈配合固定，下盖连接件与探头本体通过螺纹连接；所述壳体和探头本体均使用耐腐蚀金属材料制成。

9.根据权利要求8所述的一种智能型料位传感器，其特征在于：所述下盖连接件顶部设有台阶，台阶上设有密封圈，密封圈在下盖连接件与下盖配合时起到密封的作用；下盖连接体的中部为圆柱面，圆柱面的两侧设有两个对应的扳手卡槽，下盖连接件下部设有螺纹。

10.根据权利要求9所述的一种智能型料位传感器，其特征在于：所述探头本体外设有螺纹，螺纹下部设有卡槽，卡槽上设有密封圈，探头本体与下盖连接件通过螺纹密封固定防水。