專(zhuān)利名稱(chēng)：流體閉環(huán)式一體化在線(xiàn)液體密度變送器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種流體閉環(huán)式一體化在線(xiàn)液體密度變送器，適用于管道和罐 內(nèi)流動(dòng)液體和靜態(tài)液體的密度測(cè)量。
技術(shù)背景液體密度的測(cè)量可以為工藝設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)、推測(cè)物質(zhì)的純度、快速確定物 質(zhì)的濃度等。在許多液體產(chǎn)品的中間控制和成品檢驗(yàn)中，密度是一項(xiàng)重要的指 標(biāo)。密度傳統(tǒng)測(cè)量主要通過(guò)分別測(cè)量單位液體的質(zhì)量和體積，常用有三種方法，分別是密度瓶稱(chēng)重法、密度計(jì)法、u型管法，上述方法大多靠人工來(lái)完成，不僅工作量大，還經(jīng)常因?yàn)槿藶橐蛩卦斐蓴?shù)據(jù)錯(cuò)誤，同時(shí)取樣時(shí)的溫度和測(cè)量時(shí)的 溫度存在一定誤差，無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)液體的實(shí)際情況，溫差越大，密度實(shí)際值和測(cè)量值差距越大；還有現(xiàn)場(chǎng)溫度、壓力時(shí)實(shí)時(shí)變化的，而上述測(cè)量方式無(wú) 法在線(xiàn)隨時(shí)了解液體狀態(tài)，嚴(yán)重制約企業(yè)自動(dòng)化水平的提升。此外，液體在流動(dòng)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)，波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致在線(xiàn)采集的數(shù)據(jù)發(fā)生偏 差，進(jìn)而使計(jì)算出來(lái)的密度值呈現(xiàn)跳躍式變化，無(wú)法獲得平滑的數(shù)據(jù)曲線(xiàn)。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種避免人為誤差和介質(zhì)溫 度對(duì)密度測(cè)量的影響，同時(shí)滿(mǎn)足工業(yè)自動(dòng)化的要求，測(cè)量精度高、介質(zhì)廣、可 靠性強(qiáng)、測(cè)量范圍寬，并可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和維護(hù)的流體閉環(huán)式一體化在線(xiàn)液體 密度變送器。本發(fā)明的目的可以通過(guò)下述的技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)流體閉環(huán)式一體化在線(xiàn)液體密度測(cè)試變送器，主要由密度探頭和輸出顯示 通信表頭組成，其特征在于在密度探頭上設(shè)置有精密差壓傳感器和溫度傳感 器，表頭上有、溫度補(bǔ)償器、密度閉環(huán)計(jì)算和溫度補(bǔ)償處理器、液晶顯示控制 系統(tǒng)、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示裝置和為變送器提供電源的接口，密度探頭上的精密差壓 傳感器與差壓采樣電子電路相連，差壓采樣電子電路的輸出信號(hào)送入密度閉環(huán) 計(jì)算和溫度補(bǔ)償處理器，密度閉環(huán)計(jì)算和溫度補(bǔ)償處理器的顯示信號(hào)經(jīng)液晶顯 示控制器送入顯示器，密度閉環(huán)計(jì)算和溫度補(bǔ)償處理器的輸出信號(hào)一路經(jīng)D/A 轉(zhuǎn)換輸出4 20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，另一路經(jīng)信號(hào)調(diào)制電路輸出按照HART協(xié)議進(jìn)行通 信信號(hào)，溫度傳感器的采樣信號(hào)經(jīng)溫度補(bǔ)償器送入密度閉環(huán)計(jì)算和溫度補(bǔ)償處 理器。本發(fā)明的目的還可以通過(guò)下述的技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)精密差壓傳感器的主板為差壓采樣輸入板，差壓采樣輸入板采用橋式電路通過(guò)兩個(gè)隔膜測(cè)量壓力，兩個(gè)隔膜為ltt通道壓力膜片和2ft通道壓力膜片，壓力 通過(guò)1#通道壓力膜片和2tt通道壓力膜片后將管道內(nèi)的液體傳遞到精密差壓傳感 器內(nèi)，精密差壓傳感器將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后，輸入到差莊采樣輸入板內(nèi) 的差壓采樣電子電路將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為微處理器板可讀的信號(hào)；溫度傳感器由溫度補(bǔ)償器板組成，溫度補(bǔ)償器板通過(guò)三極管和可調(diào)電阻對(duì) 環(huán)境溫度的線(xiàn)性誤差、非關(guān)量誤差進(jìn)行校正，校正后的溫度值傳送到微處理器 板；密度閉環(huán)計(jì)算和溫度補(bǔ)償處理器板通過(guò)扁平電纜與差壓采樣輸入板和溫度 補(bǔ)償器板連接，密度閉環(huán)計(jì)算和溫度補(bǔ)償處理器板包括80C196微控制器和 PSD301可編程外圍器件，PSD301上有用戶(hù)可配置邏輯電路、內(nèi)部鎖存器、可編 程地址譯碼器、1/0端口、 EPROM和SRAM,包括80C196微控制器和PSD301可編 程外圍器件(PSD301將用戶(hù)可配置邏輯電路、內(nèi)部鎖存器、可編程地址譯碼器、 1/0端口、 EPROM和SRAM都集成一個(gè)器件上，使變送器體積更小，集成度更高)， 能夠輸出標(biāo)準(zhǔn)r20mA電流信號(hào)。同時(shí)包括電源電路給系統(tǒng)其他部分供電，還有 由通訊傳送裝置和線(xiàn)路驅(qū)動(dòng)器/接收器組成的通信硬件，按照HART協(xié)議將數(shù)據(jù) 饋送到生產(chǎn)過(guò)程控制網(wǎng)。液晶顯示控制板與處理器板通過(guò)扁平電纜連接，將處理后的密度和溫度數(shù) 據(jù)顯示到雙四位數(shù)字LCD上。本發(fā)明的密度探頭為長(zhǎng)形的桿體，2ft通道壓力膜片設(shè)置在密度探頭下部的 桿體上，1#通道壓力膜片設(shè)置在2#通道壓力膜片上部的桿體上，在1#通道壓力 膜片和2#通道壓力膜片之間的桿體上設(shè)置溫度傳感器，在密度探頭上設(shè)置有保 護(hù)密封管，密度探頭的上部有連接法蘭，在連接法蘭上部安裝有差壓傳感器及 差壓傳感器保護(hù)套，差壓傳感器保護(hù)套上安裝液晶顯示屏。本發(fā)明的工作原理如下本發(fā)明是一種運(yùn)用液體內(nèi)部壓強(qiáng)與液體深度、液體密度成正比的原理，包 括精密差異傳感器和專(zhuān)業(yè)采樣、閉環(huán)控制計(jì)算集成電路板和配套專(zhuān)一的溫度補(bǔ) 償器。差壓傳感器通過(guò)測(cè)量不同壓力管道的壓力差，經(jīng)差壓采樣電子電路采樣 并進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換傳送到處理器。現(xiàn)場(chǎng)介質(zhì)溫度通過(guò)溫度傳感器傳送到溫度補(bǔ)償 器內(nèi)，通過(guò)補(bǔ)償后的溫度信號(hào)傳送到處理器。密度閉環(huán)控制計(jì)算和溫度補(bǔ)償處 理器是變送器的核心部分，它通過(guò)密度閉環(huán)控制計(jì)算和溫度補(bǔ)償計(jì)算后， 一方 面數(shù)字信號(hào)通過(guò)液晶顯示控制器，將當(dāng)前密度和介質(zhì)溫度顯示到帶雙四位數(shù)字 顯示屏的儀表表頭，另一方面通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)4 20mA電流 信號(hào)，用于遠(yuǎn)程二次儀表顯示和PLC采集，，同時(shí)也可經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)制，將通信信 號(hào)按照HART協(xié)議進(jìn)行傳送，便于對(duì)變送器進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和維護(hù)。使用者可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)使用條件和實(shí)際情況選擇上述三種方式中任一種或多種方式對(duì)密度進(jìn)行測(cè) 量。兩線(xiàn)制的電源提供不僅接線(xiàn)方便還節(jié)省安裝成本。 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下的優(yōu)點(diǎn)(1) 計(jì)算的輸出值作為輸入值的一部分，使輸出值曲線(xiàn)更加平滑，避免由 液體在流動(dòng)過(guò)程中波動(dòng)而產(chǎn)生的偶然誤差。(2) —體化結(jié)構(gòu)的兩線(xiàn)制變送器，將傳感器、變送器合二為一，無(wú)活動(dòng)部 件，接線(xiàn)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便。(3) 溫度補(bǔ)償器可將溫度變化對(duì)密度的影響大大降低。(4) 連續(xù)在線(xiàn)測(cè)量，無(wú)過(guò)程中斷，可直接用于生產(chǎn)過(guò)程控制。(5) 安裝使用方便，插入液體即可在雙四位數(shù)字液晶屏上顯示密度和溫度， 無(wú)需定期取樣和人工操作。(6) 介質(zhì)廣，本安型可用于危險(xiǎn)環(huán)境，衛(wèi)生型可安裝于食品、醫(yī)藥生產(chǎn)等現(xiàn)場(chǎng)。


圖l是本發(fā)明的原理框2是本發(fā)明的外形結(jié)構(gòu)圖具體實(shí)施方式
如圖l——2所示流體閉環(huán)式一體化在線(xiàn)液體密度測(cè)試變送器，主要由密度探頭和輸出顯示通信表頭組成，其特征在于在密度探頭上設(shè)置有精密差壓 傳感器和溫度傳感器，表頭上有、溫度補(bǔ)償器、密度閉環(huán)計(jì)算和溫度補(bǔ)償處理 器、液晶顯示控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示裝置和為變送器提供電源的接口，密度 探頭上的精密差壓傳感器與差壓采樣電子電路相連，差壓采樣電子電路的輸出 信號(hào)送入密度閉環(huán)計(jì)算和溫度補(bǔ)償處理器，密度閉環(huán)計(jì)算和溫度補(bǔ)償處理器的 顯示信號(hào)經(jīng)液晶顯示控制器送入顯示器，密度閉環(huán)計(jì)算和溫度補(bǔ)償處理器的輸 出信號(hào)一路經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換輸出4 20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，另一路經(jīng)信號(hào)調(diào)制電路輸出按照 HART協(xié)議進(jìn)行通信信號(hào)，溫度傳感器的采樣信號(hào)經(jīng)溫度補(bǔ)償器送入密度閉環(huán)計(jì) 算和溫度補(bǔ)償處理器。精密差壓傳感器的主板為差壓采樣輸入板，差壓采樣輸 入板采用橋式電路通過(guò)兩個(gè)隔膜測(cè)量壓力，兩個(gè)隔膜為1#通道壓力膜片1和2# 通道壓力膜片2，壓力通過(guò)1#通道壓力膜片1和2#通道壓力膜片2后將管道內(nèi) 的液體傳遞到精密差壓傳感器內(nèi)，精密差壓傳感器將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后, 輸入到差壓采樣輸入板內(nèi)的差壓釆樣電子電路將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為微處理器板可讀 的信號(hào)；溫度傳感器由溫度補(bǔ)償器板組成，溫度補(bǔ)償器板通過(guò)三極管和可調(diào)電 阻對(duì)環(huán)境溫度的線(xiàn)性誤差、非關(guān)量誤差進(jìn)行校正，校正后的溫度值傳送到微處 理器板；密度閉環(huán)計(jì)算和溫度補(bǔ)償處理器板通過(guò)扁平電纜與差壓采樣輸入板和溫度補(bǔ)償器板連接，密度閉環(huán)計(jì)算和溫度補(bǔ)償處理器板包括80C196微控制器和 PSD301可編程外圍器件，PSD301上有用戶(hù)可配置邏輯電辟、內(nèi)部鎖存器、可編 程地址譯碼器、1/0端口、 EPROM和SRAM，包括80C196微fe制器和PSD301可編 程外圍器件(PSD301將用戶(hù)可配置邏輯電路、內(nèi)部鎖存器、可編程地址譯碼器、 1/0端口、 EPROM和SRAM都集成一個(gè)器件上，使變送器體積更小，集成度更高)， 能夠輸出標(biāo)準(zhǔn)4 20mA電流信號(hào)。同時(shí)包括電源電路給系統(tǒng)其他部分供電，還有 由通訊傳送裝置和線(xiàn)路驅(qū)動(dòng)器/接收器組成的通信硬件，按照HART協(xié)議將數(shù)據(jù) 饋送到生產(chǎn)過(guò)程控制網(wǎng)。液晶顯示控制板與處理器板通過(guò)扁平電纜連接，將處 理后的密度和溫度數(shù)據(jù)顯示到雙四位數(shù)字LCD上。本發(fā)明的外形結(jié)是密度探 頭為長(zhǎng)形的桿體，2#通道壓力膜片2設(shè)置在密度探頭下部的桿體上，1#通道壓 力膜片1設(shè)置在2ft通道壓力膜片2上部的桿體上，在1#通道壓力膜片1和2tt 通道壓力膜片2之間的桿體上設(shè)置溫度傳感器4，在密度探頭上設(shè)置有保護(hù)密封 管3，密度探頭的上部有連接法蘭5，在連接法蘭5上部安裝有差壓傳感器及差 壓傳感器保護(hù)套6，差壓傳感器保護(hù)套6上安裝液晶顯示屏7。如上所述本發(fā)明設(shè)計(jì)由四塊主板組成，第一塊主板為差壓采樣輸入板， 采用橋式電路通過(guò)兩個(gè)隔膜測(cè)量壓力，壓力通過(guò)1#和2tt通道壓力膜片后管道內(nèi) 液體傳遞到精密差壓傳感器內(nèi)，精密差壓傳感器將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后， 輸入板內(nèi)的差壓采樣電子電路將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為微處理器板可讀的信號(hào)。第二塊板為溫度補(bǔ)償器板，通過(guò)三極管和可調(diào)電阻對(duì)環(huán)境溫度的線(xiàn)性誤差、 非關(guān)量誤差進(jìn)行校正，校正后的溫度值傳送到微處理器板。第三塊板為密度閉環(huán)計(jì)算和溫度補(bǔ)償處理器板，處理器板通過(guò)扁平電纜與 差壓采樣輸入板和溫度補(bǔ)償器板連接，將輸出信號(hào)進(jìn)行分析、計(jì)算，該板是整 個(gè)變送器的核心，包括80C196微控制器和PSD301可編程外圍器件(PSD301將 用戶(hù)可配置邏輯電路、內(nèi)部鎖存器、可編程地址譯碼器、I/O端口、 EPROM和SRAM 都集成一個(gè)器件上，使變送器體積更小，集成度更高)，包括80C196微控制器 和PSD301可編程外圍器件(PSD301將用戶(hù)可配置邏輯電路、內(nèi)部鎖存器、可編 程地址譯碼器、1/0端口、 EPROM和SRAM都集成一個(gè)器件上，使變送器體積更 小，集成度更高)，能夠輸出標(biāo)準(zhǔn)4 20mA電流信號(hào)。同時(shí)包括電源電路給系統(tǒng) 其他部分供電，還有由通訊傳送裝置和線(xiàn)路驅(qū)動(dòng)器/接收器組成的通信硬件，按 照HART協(xié)議將數(shù)據(jù)饋送到生產(chǎn)過(guò)程控制網(wǎng)。第四塊板為液晶顯示控制板，它與處理器板通過(guò)扁平電纜連接，將處理后 的密度和溫度數(shù)據(jù)顯示到雙四位數(shù)字LCD上。上述四塊集成電路板均安裝在表頭內(nèi)，使整個(gè)變送器混為一體。
權(quán)利要求
1. 流體閉環(huán)式一體化在線(xiàn)液體密度測(cè)試變送器，主要由密度探頭和輸出顯示通信表頭組成，其特征在于在密度探頭上設(shè)置有精密差壓傳感器和溫度傳感器，表頭上有、溫度補(bǔ)償器、密度閉環(huán)計(jì)算和溫度補(bǔ)償處理器、液晶顯示控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示裝置和為變送器提供電源的接口，密度探頭上的精密差壓傳感器與差壓采樣電子電路相連，差壓采樣電子電路的輸出信號(hào)送入密度閉環(huán)計(jì)算和溫度補(bǔ)償處理器，密度閉環(huán)計(jì)算和溫度補(bǔ)償處理器的顯示信號(hào)經(jīng)液晶顯示控制器送入顯示器，密度閉環(huán)計(jì)算和溫度補(bǔ)償處理器的輸出信號(hào)一路經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換輸出4~20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，另一路經(jīng)信號(hào)調(diào)制電路輸出按照HART協(xié)議進(jìn)行通信信號(hào)，溫度傳感器的采樣信號(hào)經(jīng)溫度補(bǔ)償器送入密度閉環(huán)計(jì)算和溫度補(bǔ)償處理器。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體閉環(huán)式一體化在線(xiàn)液體密度測(cè)試變送器，其 特征在于精密差壓傳感器的主板為差壓采樣輸入板，差壓采樣輸入板采用橋 式電路通過(guò)兩個(gè)隔膜測(cè)量壓力，兩個(gè)隔膜為1#通道壓力膜片(1)和2#通道壓 力膜片(2)，壓力通過(guò)1#通道壓力膜片(1)和2#通道壓力膜片(2)后將管道 內(nèi)的液體傳遞到精密差壓傳感器內(nèi)，精密差壓傳感器將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào) 后，輸入到差壓采樣輸入板內(nèi)的差壓采樣電子電路將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為微處理器板 可讀的信號(hào)；溫度傳感器由溫度補(bǔ)償器板組成，溫度補(bǔ)償器板通過(guò)三極管和可調(diào)電阻對(duì) 環(huán)境溫度的線(xiàn)性誤差、非關(guān)量誤差進(jìn)行校正，校正后的溫度值傳送到微處理器 板；密度閉環(huán)計(jì)算和溫度補(bǔ)償處理器板通過(guò)扁平電纜與差壓采樣輸入板和溫度 補(bǔ)償器板連接，密度閉環(huán)計(jì)算和溫度補(bǔ)償處理器板包括80C196微控制器和 PSD301可編程外圍器件，PSD301將用戶(hù)可配置邏輯電路、內(nèi)部鎖存器、可編程 地址譯碼器、1/0端口、 EPROM和SRAM都集成一個(gè)器件上，可輸出標(biāo)準(zhǔn)4 20mA 電流信號(hào)，由通訊傳送裝置和線(xiàn)路驅(qū)動(dòng)器/接收器組成的通信硬件，按照HART 協(xié)議將數(shù)據(jù)饋送到生產(chǎn)過(guò)程控制網(wǎng)，液晶顯示控制板與處理器板通過(guò)扁平電纜連接，將處理后的密度和溫度數(shù) 據(jù)顯示到雙四位數(shù)字LCD上。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的流體閉環(huán)式一體化在線(xiàn)液體密度測(cè)試變送器，其 特征在于密度探頭為長(zhǎng)形的桿體，2tt通道壓力膜片(2)設(shè)置在密度探頭下部 的桿體上，1#通道壓力膜片(1)設(shè)置在2#通道壓力膜片(2)上部的桿體上， 在ltt通道壓力膜片(1)和2ft通道壓力膜片(2)之間的桿體上設(shè)置溫度傳感器(4)，在密度探頭上設(shè)置有保護(hù)密封管(3)，密度探頭的上部有連接法蘭(5)， 在連接法蘭(5)上部安裝有差壓傳感器及差壓傳感器保護(hù)套(6)，差壓傳感器 保護(hù)套(6)上安裝液晶顯示屏(7)。
全文摘要
本發(fā)明屬于一種流體閉環(huán)式一體化在線(xiàn)液體密度變送器，適用于管道和罐內(nèi)的流動(dòng)液體和靜態(tài)液體的密度測(cè)量，本發(fā)明包括精密差異傳感器和專(zhuān)業(yè)采樣、閉環(huán)控制計(jì)算集成電路板和配套專(zhuān)一的溫度補(bǔ)償控制器，差壓傳感器通過(guò)測(cè)量不同壓力管道的壓力差，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換和閉環(huán)控制計(jì)算，并通過(guò)溫度補(bǔ)償后，將密度和介質(zhì)溫度顯示到帶雙四位數(shù)字顯示屏的儀表表頭，并可按照HART協(xié)議進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和維護(hù)。
文檔編號(hào)G01N9/00GK101271054SQ20081005491
公開(kāi)日2008年9月24日 申請(qǐng)日期2008年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月30日
發(fā)明者馬兆輝 申請(qǐng)人:馬兆輝