CN210802605U - 一种带自锁功能的静电容液位计 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种带自锁功能的静电容液位计，包括接线盒、采样电极、连接件、连接板、控制芯片以及磁簧开关，所述的控制芯片上设置有电源、AVR单片机处理器、电容式传感器、数字变位器和自锁切换开关，所述的电源分别与电容式传感器、磁簧开关和AVR单片机处理器相连接，所述的电容式传感器和磁簧开关均与AVR单片机处理器相连接，所述的AVR单片机处理器还与自锁切换开关和数字变位器相连接。通过上述方式，本实用新型有了作为特定液位开关的信号，对输出的液位和电流值做多次校对和补偿，大大提高了检测的精度，减小偏差（从3%降低到0.5%）；降低温漂对测量误差的影响，提高测量精度；提高产品的使用寿命和安全性。

Description

一种带自锁功能的静电容液位计

技术领域

本实用新型涉及工业自动化的领域，尤其涉及一种带自锁功能的静电容液位计，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，电容式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。这是电容式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，对电容式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，电容式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，电容式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。

目前使用的电容式液位计是利用被测物体的导电率，通过传感器测量电路将液位高度变化转换成相应的电压脉冲宽度变化，在由集成控制电路作数据处理，并转换成相应的液位高度进行显示或输出远程控制信号。它是由部分或整体绝缘的棍电极，拉紧或放松的绳电极（如果容器壁是导电的，可用壁替代绳电极），当液位上升或下降时，棍电极和绳电极之间的电容值发生变化，进而使仪表电路系统的电学量（电压值）发生改变。经过集成控制电路，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。

容器内液体的湿度的变化，会使电极温湿度随之发生变化，容器内空气的湿度和温度也会随之变化，这些变化导致实际测得电容值与理论值偏差较大，近而影响输出电压，最终导致输出的电流和实际值偏差太大，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。

在湿度和温度变化不大的情况下，实际液位偏差不大。但实际使用过程湿度和温度差很大（如容器内的湿度从30%RH到90%RH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。

实用新型内容

本实用新型主要解决的技术问题是提供一种带自锁功能的静电容液位计，扩大了应用范围，在−40°C至+125°C液位下，均可使用；有了作为特定液位开关的信号，对输出的液位和电流值做多次校对和补偿，大大提高了检测的精度，减小偏差（从3%降低到0.5%）；降低温漂对测量误差的影响，提高测量精度；提高产品的使用寿命和安全性。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：提供了一种带自锁功能的静电容液位计，包括接线盒、采样电极、连接件、连接板、控制芯片以及磁簧开关，所述的接线盒通过连接件设置在连接板的上端，所述的采样电极竖向设置在连接板的下端，所述的磁簧开关设置在采样电极上，所述的控制芯片设置在接线盒内，所述的控制芯片上设置有电源、AVR单片机处理器、电容式传感器、数字变位器和自锁切换开关，所述的电源分别与电容式传感器、磁簧开关和AVR单片机处理器相连接，所述的电容式传感器和磁簧开关均与AVR单片机处理器相连接，所述的AVR单片机处理器还与自锁切换开关和数字变位器相连接。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述的电源采用24V直流电源。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述的数字变位器采用型号为AD8400的数字可调变位器。

在本实用新型一个较佳实施例中，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。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述的控制芯片还包括电流信号输出端，所述的AVR单片机处理器通过正补偿数字变位器和负补偿数字变位器与电流信号输出端相连接。

在本实用新型一个较佳实施例中，通过所述的电流信号输出端与外部控制设备相连接。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述的电容式传感器通过电容频率转换器与AVR单片机处理器相连接。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述的自锁切换开关采用浮球液位开关。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的带自锁功能的静电容液位计，扩大了应用范围，在−40°C至+125°C液位下，均可使用；有了作为特定液位开关的信号，对输出的液位和电流值做多次校对和补偿，大大提高了检测的精度，减小偏差（从3%降低到0.5%）；降低温漂对测量误差的影响，提高测量精度；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实用新型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实用新型的一些实施例，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 是本实用新型带自锁功能的静电容液位计的一较佳实施例的结构示意图；

图2是控制芯片的结构框图；

附图中的标记为：1、接线盒，2、采样电极，3、连接件，4、连接板，5、控制芯片，6、磁簧开关，7、电源，8、AVR单片机处理器，9、电容式传感器，10、数字变位器，11、正补偿数字变位器，12、负补偿数字变位器，13、电流信号输出端，14、电容频率转换器，15、自锁切换开关。

具体实施方式

下面将对本实用新型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实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

如图1和图2所示，本实用新型实施例包括：

一种带自锁功能的静电容液位计，包括接线盒1、采样电极2、连接件3、连接板4、控制芯片5以及磁簧开关6，所述的接线盒1通过连接件3设置在连接板4的上端，所述的采样电极2竖向设置在连接板3的下端，所述的磁簧开关6设置在采样电极2上，所述的控制芯片5设置在接线盒1内，所述的控制芯片5上设置有电源7、AVR单片机处理器8、电容式传感器9、数字变位器10和自锁切换开关15，所述的电源7分别与电容式传感器9、磁簧开关6和AVR单片机处理器8相连接，所述的电容式传感器9和磁簧开关6均与AVR单片机处理器8相连接，所述的AVR单片机处理器8还与自锁切换开关15和数字变位器10相连接。

上述中，所述的电源采用24V直流电源。所述的数字变位器10采用型号为AD8400的数字可调变位器。其中，所述的数字变位器10包括正补偿数字变位器11和负补偿数字变位器12。

进一步的，所述的控制芯片5还包括电流信号输出端13，所述的AVR单片机处理器8通过正补偿数字变位器11和负补偿数字变位器12与电流信号输出端13相连接，通过所述的电流信号输出端13与外部控制设备相连接。

本实施例中，所述的电容式传感器9通过电容频率转换器14与AVR单片机处理器8相连接；所述的自锁切换开关15采用浮球液位开关。

具体说明如下：

(1)电源： 24VDC电源，外接电源，为整个电路供电；

(2)电容传感器：通过棍电极和绳电极之间的电容的变化差，为电路提供可变电容量值，并与测量的液位高度一一对应；

(3) 电容频率转换器: 滤波作用，确保采用电容输出实际电压电流稳定可靠；

(4) AVR单片机处理器：对自锁切换开关信号对应的液位作为基准，做对比分析，调整测量基准，再对数字可调变位器（AD8400）发出指令，做电流值补偿；

(5) 自锁切换开关：检测基准液位，信号通过单线接口传输给AVR单片机处理器。同时，也可输出报警信号，供设备防误操作使用；

(6) AD8400数字变位器：接收AVR单片机处理器分析指令，对湿度飘移电容作电流的正补偿或负补偿；

(7)电流信号及开关信号输出: 作为输出端，与外部控制设备连接，为其提供控制信号。

由于电容固有属性（电容器的温漂），采样电容在温度和湿度变化时电容量值会产生变化，增加了一个自锁切换开关，通过ATMEGA8-AU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湿度和温度的改变而改变，提高实际液位的测量精度。同时，也可以输出一个自锁控制信号，防止因静电容液位计失灵，造成机器设备的误操作。

本实用新型的带自锁功能的静电容液位计相比于现有技术，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）由于有了作为特定液位开关的信号，对输出的液位和电流值做多次校对和补偿，大大提高了检测的精度，减小偏差（从3%降低到0.5%）；

（3）降低温漂对测量误差的影响，提高测量精度；

（4）由于增加了自锁功能，测量更精准稳定，提高产品的使用寿命和安全性。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型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，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种带自锁功能的静电容液位计，其特征在于，包括接线盒、采样电极、连接件、连接板、控制芯片以及磁簧开关，所述的接线盒通过连接件设置在连接板的上端，所述的采样电极竖向设置在连接板的下端，所述的磁簧开关设置在采样电极上，所述的控制芯片设置在接线盒内，所述的控制芯片上设置有电源、AVR单片机处理器、电容式传感器、数字变位器和自锁切换开关，所述的电源分别与电容式传感器、磁簧开关和AVR单片机处理器相连接，所述的电容式传感器和磁簧开关均与AVR单片机处理器相连接，所述的AVR单片机处理器还与自锁切换开关和数字变位器相连接。

2.根据权利要求1所述的带自锁功能的静电容液位计，其特征在于，所述的电源采用24V直流电源。

3.根据权利要求1所述的带自锁功能的静电容液位计，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所述的带自锁功能的静电容液位计，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4所述的带自锁功能的静电容液位计，其特征在于，所述的控制芯片还包括电流信号输出端，所述的AVR单片机处理器通过正补偿数字变位器和负补偿数字变位器与电流信号输出端相连接。

6.根据权利要求5所述的带自锁功能的静电容液位计，其特征在于，通过所述的电流信号输出端与外部控制设备相连接。

7.根据权利要求1所述的带自锁功能的静电容液位计，其特征在于，所述的电容式传感器通过电容频率转换器与AVR单片机处理器相连接。

8.根据权利要求1所述的带自锁功能的静电容液位计，其特征在于，所述的自锁切换开关采用浮球液位开关。

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