CN216116245U - 一种带扩散硅式压力检测电路的液位传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种带扩散硅式压力检测电路的液位传感器，包括壳体和安装在壳体内部的硅膜片模块、控制模块、供电电源、RS485总线，所述壳体中设有与外界水位相连通的高压腔和低压腔，所述硅膜片模块中安装了四个阻值相同的电阻，分别为电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4，用于检测所述高压腔与低压腔之间形成的压力差；其中电阻R1和电阻R4串联后构成一条导线，电阻R2和电阻R3串联后构成另一条导线，两条导线再并联在一起，其并联端分别与控制模块连接，用于将采集的压力差数据转换为电压数据输送给所述控制模块。本液位传感器采用硅膜片模块后灵敏度高，响应快，可长时间、高稳定的工作，也能防止各种介质腐蚀。

Description

一种带扩散硅式压力检测电路的液位传感器

技术领域

本实用新型涉及传感器技术领域，尤其涉及一种带扩散硅式压力检测电路的液位传感器。

背景技术

目前，主流的液位传感器在测量水位时都是依据水压变化的大小来进行检测，也就是说水压式液位传感器可以看作是一种特定环境下使用的压力传感器。在早期，压力传感器大多都采用机械传动式结构，以弹性元件的形变指示压力，但这种结构尺寸大、质量重，不能提供电学输出。而随着半导体技术的发展，现如今的压力传感器一般采用压电式传感器。

压电式传感器是一种基于压电效应的传感器，它的敏感元件由压电材料制成。压电材料受力后表面产生电荷，此电荷经电荷放大器和测量电路放大和变换阻抗后就成为正比于所受外力的电量输出。但是压电式传感器的压电材料需要防潮措施，而且输出的直流响应差，导致测量精度不稳定。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种带扩散硅式压力检测电路的液位传感器，以解决上述背景技术中遇到的问题。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：

一种带扩散硅式压力检测电路的液位传感器，包括壳体和安装在壳体内部的硅膜片模块、控制模块、供电电源、RS485总线，所述壳体中设有与外界水位相连通的高压腔和低压腔；所述硅膜片模块中安装了四个阻值相同的电阻，分别为电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4，用于检测所述高压腔与低压腔之间形成的压力差；其中电阻R1和电阻R4串联后构成一条导线，电阻R2和电阻R3串联后构成另一条导线，两条导线再并联在一起，其并联端分别与控制模块连接，用于将采集的压力差数据转换为电压数据输送给所述控制模块；所述控制模块通过MODBUS协议传输通信线与RS485总线连接，将检测数据信息传输给外界的通讯设备，所述供电电源通过保护电路连接所述控制模块。

上述方案中，所述硅膜片模块的基板采用单晶硅片。

上述方案中，还包括铁电存储模块，所述铁电存储模块通过I2C协议通信线与控制模块连接。

上述方案中，所述控制模块的输入端连接有按键重启模块，所述控制模块的输出端连接有LED工作状态指示灯。

上述方案中，还包括恒流供电电路，所述恒流供电电路的输入端与供电电源连接，所述恒流供电电路的输出端与硅膜片模块连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本液位传感器采用硅膜片模块后灵敏度高，响应快，这是因为硅的灵敏度在压力材料里面属于较高的一类，从而使本液位传感器测量数值稳定。检测过程中没有机械运动部件的相互摩擦，可长时间、高稳定的工作。由于硅材料的化学特性稳定，抗电击穿性能好，所以本方案可以抵抗一定程度的电压冲击，也能防止各种介质腐蚀。

附图说明

参照附图来说明本实用新型的公开内容。应当了解，附图仅仅用于说明目的，而并非意在对本实用新型的保护范围构成限制。在附图中，相同的附图标记用于指代相同的部件。其中：

图1为本实用新型工作原理示意图；

图2为本实用新型中硅膜片模块与控制模块的连接结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示本实用新型有关的构成。

根据本实用新型的技术方案，在不变更本实用新型实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出可相互替换的多种结构方式以及实现方式。因此，以下具体实施方式以及附图仅是对本实用新型的技术方案的示例性说明，而不应当视为本实用新型的全部或者视为对本实用新型技术方案的限定或限制。

下面结合附图和实施例对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明。

如图1和图2所示，一种带扩散硅式压力检测电路的液位传感器，包括壳体和安装在壳体内部的硅膜片模块、控制模块、供电电源、RS485总线，壳体中设有与外界水位相连通的高压腔和低压腔，高压腔和低压腔通过分别检测液位变化所产生的水压变化，从而形成压力差。硅膜片模块中安装了四个阻值相同的电阻，分别为电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4，用于检测高压腔与低压腔之间形成的压力差，其中硅膜片模块的基板采用单晶硅片，提高检测压力差的能力，灵敏度高，从而提高本液位传感器的稳定性。

其中电阻R1和电阻R4串联后构成一条导线，电阻R2和电阻R3串联后构成另一条导线，两条导线再并联在一起，从而构成惠斯通电桥电路，并且两根导线的并联端分别与控制模块连接，用于将采集的压力差数据转换为电压数据输送给控制模块。

本方案在实施时，采用单晶硅片为弹性元件的硅膜片模块，在硅膜片模块上利用集成电路的工艺，在单晶硅片的特定方向扩散一组等值电阻，并将电阻接成惠斯通电桥电路，单晶硅片置于传感器腔内。当压力发生变化时，单晶硅片产生应变，使直接扩散在上面的应变电阻产生与被测压力成正比的变化，再由惠斯通电桥电路获取相应的电压输出信号。

由于本实用新型是用于液位传感器，考虑到防水以及测量精度，采用了扩散硅式压阻技术,即以单晶硅片为基体，制成具有惠斯通电桥电路的敏感元件，根据硅的压阻效应，即半导体硅受力时晶格变化会导致电阻率变化，从而将压力转化为电信号。

具体原理为：因为一般情况下电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4四个电阻变化程度相同，所以当电阻R1、电阻R3增大时，电阻R2、电阻R4减小；当电阻R1、电阻R3减小时，电阻R2、电阻R4增大。当硅膜片模块不受力时，惠斯通电桥电路处于平衡状态，其输出电压为0，而当有压力作用时，高压腔和低压腔产生压力差使硅膜片模块发生形变，导致四个电阻的阻值会随之发生变化，从而影响输出电压的数值，于是压力值的改变转化为电阻值的改变，电阻值的改变转化为输出电压的变化，由此控制模块就可以根据获取到的电压值来反推出压力值，压力值测出后，就可以根据物理规律计算出当前的水位数值。

在实施时，控制模块可采用型号为STM32F030的单片机芯片，供电电源通过保护电路连接控制模块，使其具有稳定的工作状态。控制模块通过MODBUS协议传输通信线与RS485总线连接，将检测数据信息传输给外界的通讯设备。

作为一种优选的方案，该液位传感器中还包括铁电存储模块，铁电存储模块通过I2C协议通信线与控制模块连接，铁电存储模块用于在液位传感器突然断电时，对采集到的现场水位数据进行及时存储，具有快速写入和读取的能力，保留好检测的数据。

上述方案中，控制模块的输入端连接有按键重启模块，通过按键重启模块可一键启动本液位传感器，控制模块的输出端连接有LED工作状态指示灯，用于显示工作状态。

另外，该液位传感器中还可以包括恒流供电电路，恒流供电电路的输入端与供电电源连接，恒流供电电路的输出端与硅膜片模块连接。恒流供电电路在此为硅膜片模块提供一个稳定的电流以保证其电路稳定工作的基础，使需要回路的电流恒定不变。

综上所述，相比于其它的液位传感器，扩散硅式检测电路的液位传感器有如下优点：

本液位传感器采用硅膜片模块后灵敏度高，响应快，这是因为硅的灵敏度在压力材料里面属于较高的一类，从而使本液位传感器测量数值稳定。检测过程中没有机械运动部件的相互摩擦，可长时间、高稳定的工作。由于硅材料的化学特性稳定，抗电击穿性能好，所以本方案可以抵抗一定程度的电压冲击，也能防止各种介质腐蚀。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式，并不用于限定本实用新型保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种带扩散硅式压力检测电路的液位传感器，其特征在于：包括壳体和安装在壳体内部的硅膜片模块、控制模块、供电电源、RS485总线，所述壳体中设有与外界水位相连通的高压腔和低压腔；所述硅膜片模块中安装了四个阻值相同的电阻，分别为电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4，用于检测所述高压腔与低压腔之间形成的压力差；其中电阻R1和电阻R4串联后构成一条导线，电阻R2和电阻R3串联后构成另一条导线，两条导线再并联在一起，其并联端分别与控制模块连接，用于将采集的压力差数据转换为电压数据输送给所述控制模块；所述控制模块通过MODBUS协议传输通信线与RS485总线连接，将检测数据信息传输给外界的通讯设备，所述供电电源通过保护电路连接所述控制模块。

2.根据权利要求1所述的一种带扩散硅式压力检测电路的液位传感器，其特征在于：所述硅膜片模块的基板采用单晶硅片。

3.根据权利要求1所述的一种带扩散硅式压力检测电路的液位传感器，其特征在于：还包括铁电存储模块，所述铁电存储模块通过I2C协议通信线与控制模块连接。

4.根据权利要求1所述的一种带扩散硅式压力检测电路的液位传感器，其特征在于：所述控制模块的输入端连接有按键重启模块，所述控制模块的输出端连接有LED工作状态指示灯。

5.根据权利要求1所述的一种带扩散硅式压力检测电路的液位传感器，其特征在于：还包括恒流供电电路，所述恒流供电电路的输入端与供电电源连接，所述恒流供电电路的输出端与硅膜片模块连接。

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