專利名稱：數字檢索式水位傳感器的使用方法
技術領域：
本發(fā)明數字檢索式水位傳感器的使用方法屬于自動化檢測技術領域，具體而言是一種用于水位檢測的傳感器的使用方法。
背景技術：
目前國內外在水位檢測方面采用的技術和產品不少，歸納起來為以下幾種1、超聲波傳感器。這類產品主要適用寬闊水域的水位探測。儀器安裝在遠離水面的上方，向水面發(fā)射和接收電磁波，并測量電磁波的反射波長、周期，測出水面距儀器的距離，從而測定水位。目前國內外都有此類產品生產廠家。如中國專利“自適應超聲波液位儀”專利號932031064。
2、壓差式水位傳感器隨著半導體技術的發(fā)展，半導體表面擴散工藝在傳感器平衡電橋的制作中，得到了廣泛應用。擴散硅壓差傳感器是利用水的壓強原理，在水底下檢測水底壓強和標準大氣壓的壓差。它是通過水底壓強使半導體擴散硅薄膜產生形變的壓電效應，而獲取水位信號。目前國內外都有此類產品生產廠家。如中國專利“壓差計”公開號CN 86 1 05681 A。
3、電容式水[物]位傳感器是近些年出現(xiàn)的新產品、技術，它是依靠電容原理而制作的。電容是由兩極板和介質構成的，改變介質將改變電容量。水作為電容的介質，水淹沒傳感器越多，介質填充也越多電容量越大。通過檢測電容量的大小，來檢測水位。主要由西德、日本、加拿大幾家生產，目前國內也有廠家生產。
4、浮子式水位傳感器它是一種最簡單的水位傳感器，它由一根不銹鋼管和一個不銹鋼空心球組成。不銹鋼管內裝有四個干簧繼電器，空心球內裝有一塊永久磁鐵，當空心球隨著水位上下運動時，磁鐵作用于繼電器。整個浮子式水位傳感器相當于四個定點水位開關，用這四個水位開關對水動力裝置進行控制。它的優(yōu)點是安裝使用方便，強信號便于輸送，且造價低/所以適應面廣。它的缺點是不能連續(xù)測量水位，而且它依靠穿在鋼管上的浮球作上下機械運動，容易出現(xiàn)雜物堵塞卡殼失誤、特別是在流動的水中，上下游水壓差使浮球與鋼管間磨擦力增加，形成卡殼。在工程應用中需要建井，使工程造價大幅提高。如中國專利“浮子式水位計”，公開號CN 86 1 07944 A。
5、直流電極式水位傳感器屬裝配型傳感器，這種形式的傳感器，其檢測原理是根據水的導電特性，當電極通過與水接觸時形成直流電流或電壓，直接或經一個電阻及一個三極管組成的簡單電路。信號用導線(一點對一線多線輸出或簡單并聯(lián)兩線輸出)傳給后續(xù)處理電路。電極用銅或不銹鋼或其它金屬材料制成，按縱向依次排列在空芯棒外或安裝在棒內在棒上至少開一個進水口，使電極能夠接觸到水；由于電極縱向排列，受電極尺寸和電極之間必須留有一定間隙制約，使測量精度受到限制。如中國專利“水位變色顯示器”公告號CN2183556Y，它只適用于小容器或靜止的蓄水池、水塔、集水箱等場合使用(如專利CN2212775Y，CN2072677U，CN2045479U)。由該傳感器的構成形式決定了其管內和管表空隙處都易滯留泥沙、水垢和污物，容易造成極間連接，引起傳感器失效。該傳感器是以犧牲電極為代價進行水位檢測的，需經常檢修或更換電極，它也是一種簡單的控制型水位傳感器，實用性差。(如專利公告號CN2183556Y，CN2212775Y，CN2072677U中均為一點對一線多點引出信號)隨著科學技術的迅猛發(fā)展，水位監(jiān)測不只是大型水利工程和工業(yè)自動控制中應用，高樓大廈的高位水箱、水塔、城市地下水道管網、地下水池水井等等，都需要水位監(jiān)控。都需要新技術來解決當前存在的問題，引黃入晉工程的水位監(jiān)測問題就是突出的一例。工業(yè)控制和民用事業(yè)中的水位控制，在現(xiàn)代化的今天仍然用的是浮球、浮子式水位控制方式。急需要有新的、既能滿足高性能又能適用面廣的通用水位監(jiān)控裝置。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于1、解決現(xiàn)有技術不能解決的問題，如傳感器穩(wěn)定性、可靠性和惡劣條件下使用的廣泛適應性。
2、擴大適用范圍，解決安裝、使用、維護方便的問題。使之能適應滿足各種使用條件。如深井、隧道、下水道、地下管道等水位監(jiān)測。
3、降低造價，提供一種結構簡單，適應性強的，可直接采樣的普及通用型水位傳感器。
本發(fā)明數字檢索式水位傳感器，是一種水位信號可直接數字取樣的傳感器，一種數字檢索式水位傳感器，其特征在于是一種由A、B、C三節(jié)組成的對水位點實現(xiàn)數字檢索式取樣的傳感器，按功能A、B、C三節(jié)接插組成，接插部位為全防水接插，其電路芯片部份，用絕緣材料板制成其骨架并按各節(jié)功能組裝相應電路，第一節(jié)內組裝恒壓電路(11)、休眠式供電電路(12)、微處理器、時鐘電路(10)及傳感器運行軟件拷貝調試部分，第二節(jié)內組裝檢索電路(14)、檢測電路(16)并安裝傳感元電極(6)，第三節(jié)內安裝檢測信號發(fā)送電路(3)，固定于支撐骨架背面上的傳感元電極(6)其間隔為1厘米或按使用要求制造，傳感元電極(6)由耐腐蝕材料制成，傳感器芯片電路板(8)與引線端子(9)、信號發(fā)送器(3)分別按A、B、C三節(jié)，用絕緣材料澆鑄后，成為一個固體圓型棒式傳感器。
該傳感器特征主要在于兩個方面，一方面是傳感器電路，另一方面是它特殊的結構。其傳感器電路是由若干個傳感元電路對水位逐點實現(xiàn)數字化信號取樣，由微處理器和軟件檢測程序構成的。數據逐點檢索、數字統(tǒng)計、數字變送、輸出數字信號等功能(詳見電路原理4)。其傳感器結構在于它是由三節(jié)圓形棒體接插連接構成(詳見傳感器結構圖一、圖二、圖三)。第一節(jié)的功能為信號變送與檢索控制，第二節(jié)功能為檢索檢測電路，第三節(jié)功能為信號發(fā)送，每節(jié)內的電路板都是置于一個有上下兩排的支撐骨架上，支撐骨架用絕緣材料制成。支撐骨架的下面固定有若干塊傳感器芯電路板，支撐骨架的上面固定有傳感元電極，傳感元電極之間間隔為1厘米(或按使用要求制造)，傳感器芯片電路板與引線端子、信號元、外殼用絕緣材料澆鑄后成為一個固體棒式傳感器。
本發(fā)明數字檢索式水位傳感器的制備，其特征在于制備分為兩部分進行，一部分是電路芯片的制備，另一部分是結構外殼的制備。數字檢索式水位傳感器按功能分A、B、C三節(jié)接插組成(具體見傳感器結構圖一、圖二、圖三)，接插部位為全防水接插。其電路芯片部份的制備，首先選用絕緣材料板制成其骨架并按各節(jié)功能組裝相應電路。第一節(jié)內組裝恒壓電路(11)、休眠式供電電路(12)、微處理器、時鐘電路(10)及傳感器運行軟件拷貝調試。第二節(jié)內組裝檢索電路(14)、檢測電路(16)并安裝傳感元電極6。第三節(jié)內安裝檢測信號發(fā)送電路(3)。其固定于傳感器芯骨架背面上的傳感元間隔一般為1厘米(也可根據使用要求設置)。傳感元電極由耐腐蝕材料制成，最后將制成的傳感器芯放入模具，用可塑性絕緣材料澆鑄成固態(tài)方形(或圓形)棒式傳感器。
上述芯片骨架最好用與澆注材料一致的絕緣材料板制成，傳感元電極最好由非磁性、耐腐、導體材料制成。引線端子是用塑料和環(huán)氧樹脂或其它絕緣材料制成的，具有全封閉能力的防水三芯電器接插件。芯片與外殼經澆鑄后成為一個固態(tài)實體，其截面一般為直徑40毫米，長度根據具體情況一般可設計為每節(jié)50-80厘米。其傳感器成型、澆注工藝、壓鑄工藝和設備用自行設計并委托加工的專用設備。
本發(fā)明數字檢索式水位傳感器的使用方法，其特征在于第一、該傳感器信號輸出為國際標準的RS-485接口，與計算機及其數字化儀器儀表直接接軌，數字檢索式水位傳感器有三部分組成，第一部分的功能是信號變送與檢索控制，該傳感器的檢索控制系統(tǒng)將采集到的數字信號傳遞給信號變送器，經過數字信號變送器轉換就可直接與通用的RS-485連接。
第二、由傳感器的原理所決定，該傳感器對安裝地點條件沒有特別的要求，無需建測井或其他輔助設施。傳感器自由垂直固定安裝在水位變幅范圍內即可使用。為滿足水位變幅范圍內的全量程使用，傳感器的B節(jié)，可多節(jié)接插使用(可接插成十幾米到幾十米長)，如安裝條件不能滿足同一點上垂直安裝的情況下(如河灘、海灘、水庫沿岸，無需豎高架固定安裝)，可實施按標高，分段、分節(jié)，階梯式多點安裝，同樣可實現(xiàn)連續(xù)監(jiān)測計量目得。
第三、信號遠傳可建無人職守檢測站傳感器信號引出線額定直接輸送3～20公里，信號可直送中繼站，實現(xiàn)監(jiān)測站全程無人值守。
發(fā)明的主要用途及優(yōu)點1、用途用于工礦企業(yè)的水位自動化控制。用于礦山、冶金、建材、電力、化工等工礦企業(yè)和水資源管理，水文測報的自動化檢測控制。
2、優(yōu)點a、信號具有抗干擾能力強，不受溫度、電波電場等、環(huán)境條件影響。
b、測量誤差小，穩(wěn)定可靠。
c、全投入式，具有不怕泥沙污物不怕粉塵堵塞掩埋。
d、安裝、使用、維護方便。不受安裝條件所限制。


圖1數字檢索式水位傳感器的結構圖。
圖2數字檢索式水位傳感器的內芯片正面3是數字檢索式水位傳感器截面4是數字檢索式水位傳感器原理圖。
1、傳感器A節(jié) 2、傳感器B節(jié)3、傳感器C節(jié) 4、接插連接螺絲5、電路芯體骨架 6、感應元電極7、絕緣材料澆鑄材料 8、電路板9、水封引線接插件10、變送、時鐘、CPU、檢索指令電路11、恒壓電路 12、5V休眠式供電電路13、信號發(fā)送元 14、檢索電路15、選通電路 16、取樣電路
具體實施例方式數字檢索式水位傳感器使用與安裝數字檢索式水位傳感器是以A、B、C三節(jié)組裝構成完整功能的水位傳感器，A、C節(jié)在每個傳感器中只使用一個，B節(jié)在使用中可根據水位變幅的大小可6節(jié)連接垂直安裝。在橋墩、測井壁和其他具備垂直安裝的地方都可以多節(jié)連接，貼壁安裝，可接插成二十米長，滿足水位變幅范圍內的全量程使用，在安裝條件不能滿足同一點上垂直安裝的情況下(如河灘、海灘、水庫沿岸，無需豎高架固定安裝)，可實施按標高，分段、分節(jié)，階梯式多點安裝，同樣可實現(xiàn)連續(xù)監(jiān)測計量目得。
引線端子用自行設計的帶有水封的接插式引線端子，該接插件，在接插緊固好后無需做其它防水處理。
由傳感器的原理和性能所決定所決定，該傳感器具有特別的信號遠傳能力，傳感器信號輸出線額定直接輸送18公里，信號可不經任何變送電路，直送中繼站，實現(xiàn)監(jiān)測站全程無人值守。
權利要求
1一種數字檢索式水位傳感器的使用方法，其特征在于第一、該傳感器信號輸出為國際標準的RS-485接口，與計算機及其數字化儀器儀表直接接軌，數字檢索式水位傳感器有三部分組成，第一部分的功能是信號變送與檢索控制，該傳感器的檢索控制系統(tǒng)將采集到的數字信號傳遞給信號變送器，經過數字信號變送器轉換就直接與通用的RS-485連接；第二、該傳感器對安裝地點條件沒有特別的要求，無需建測井或其他輔助設施，傳感器自由垂直固定安裝在水位變幅范圍內即可使用，為滿足水位變幅范圍內的全量程使用，傳感器的B節(jié)，可多節(jié)接插使用，可接插成十幾米到幾十米長，可實施按標高，分段、分節(jié)，階梯式多點安裝，同樣可實現(xiàn)連續(xù)監(jiān)測計量目得；第三、信號遠傳建立無人職守檢測站傳感器信號引出線額定直接輸送3～20公里，信號可直送中繼站，監(jiān)測站全程無人值守。
全文摘要
一種數字檢索式水位傳感器的使用方法，屬于自動化檢測技術領域，具體而言是一種用于水位檢測的傳感器。其特征在于，該傳感器是由A、B、C三節(jié)組成的、由若干個傳感元對水位點實現(xiàn)檢索式數字信號取樣的、由微處理器進行數據統(tǒng)計、由國際標準的RS－485接口輸出信號的、由內部電路和可塑性絕緣材料澆鑄而成的三節(jié)固態(tài)圓形棒式傳感器。信號采樣、處理、變送實現(xiàn)了全數字化，較徹底的回避了模擬量檢測受溫度、電磁場干擾等不穩(wěn)定、不可靠的因素，在工業(yè)液位、水位自動化測控中，可直接與數字化系統(tǒng)設備接軌，具有結構簡單、穩(wěn)定可靠、安裝維護方便等優(yōu)點。
文檔編號G01F23/22GK1540296SQ20031010963
公開日2004年10月27日 申請日期2003年10月31日 優(yōu)先權日2003年10月31日
發(fā)明者秦建敏, 馬珺, 馬福昌, 賈秀美 申請人:太原理工大學