专利名称：一种高精度液位、温度、密度多功能测量系统的制作方法
技术领域：
本发明属于液位测量技术领域，特别涉及到一种高精度液位、温度、密度多功能测量系统。
背景技术：
液位测量是企业自动化的重要检测指标，在生产过程中对罐、釜、塔等液位和界面的检测与控制对自动化生产有着重要的意义。市场上液位测量仪器的种类很多，差压式液位计是应用最为广泛的种类之一，它的通过测量液体静压力来获得液位信息，具有结构简单、测量精确和安装维修方便等特点，广泛适用于化工、冶金、电站、水利、城市供水和工业废水等领域。但是，在现有差压液位计液位计算公式中，采用的是固定的液体密度，一般被测液 体的密度受温度、压力、成分等因素影响较大，造成压力传感器测量的压力不确定度也比较大。在要求对液位进行高精度测量的场合，例如柴油、汽油小型罐箱，市场上普通的差压液位计难以满足其要求，而且现有液位计功能单一，不能测量液体的密度、温度等信息，无法对液体信息进行全面的反馈。

发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种高精度液位、温度、密度多功能测量系统，可以同时测量液体的液位、密度和温度，具有精度高、灵敏度高、线性度好的特点。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下一种高精度液位、温度、密度多功能测量系统，包括液位变送器1，液位变送器I的输出信号送入信号调理与显示电路13 ；所述的液位变送器1，其壳体顶部与连接杆2底部连接，连接杆2顶部通过转接座3与防爆接线盒4相连，信号调理与显示电路13固定于防爆接线盒4内，对比测量传感器8和主液位测量传感器6以上下分布垂直于液面的方式封装于液位变送器I壳体内，位于下部的主液位测量传感器6的背面还设置有温度传感器5，对比测量传感器8、主液位测量传感器6和温度传感器5的信号输出端通过导气电缆7和信号调理与显示电路13的连接；所述的信号调理与显示电路13包括第一信号变送单元9和第二信号变送单元10，第一信号变送单元9和第二信号变送单元10的输入端分别与主液位测量传感器6和对比测量传感器8的信号输出端连接，第一信号变送单元9和第二信号变送单元10的输出端分别与主处理器单元11的第一输入端、第二输入端连接，温度传感器5的信号输出端和主处理器单元11的第三输入端连接，主处理器单元11的输出端和LED显示单元12的输入端连接。所述的液位变送器I和连接杆2使用不锈钢封装结构。所述的对比测量传感器8和主液位测量传感器6采用高精度MEMS微压传感器。
所述的温度传感器5采用数字型温度传感器DS18B20。所述的第一信号变送单兀9、第二信号变送单兀10基于AD693芯片。所述的主处理器单元11基于C8051F020单片机。本发明测量简单可靠，可高精度测量液位、密度和温度；液位变送器I和连接杆2使用不锈钢封装结构不仅适用于普通水的测量，还适用于高温、粘稠、腐蚀等介质特殊场合的液位测量。


图I是本发明的原理框图。图2是本发明外形结构示意图。 图3是液位变送器I结构示意图。图4- (a)是主处理器单元11的电路图，图4- (b)是第一信号变送单元9的电路图，图4- (c)是第二信号变送单元10的电路图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明做详细描述。如图I所示，一种高精度液位、温度、密度多功能测量系统，包括液位变送器1，液位变送器I的输出信号送入信号调理与显示电路13 ； 如图2和图3所示，所述的液位变送器I，其壳体顶部与连接杆2底部连接，连接杆2顶部通过转接座3与防爆接线盒4相连，信号调理与显示电路13通过螺栓连接固定于防爆接线盒4内，对比测量传感器8和主液位测量传感器6以上下分布垂直于液面的方式封装于液位变送器I壳体内，位于下部的主液位测量传感器6的背面还设置有温度传感器5，对比测量传感器8、主液位测量传感器6和温度传感器5的信号输出端通过导气电缆7和信号调理与显示电路13的连接；所述的信号调理与显示电路13包括第一信号变送单元9和第二信号变送单元10，第一信号变送单元9和第二信号变送单元10的输入端分别与主液位测量传感器6和对比测量传感器8的信号输出端连接，第一信号变送单元9和第二信号变送单元10的输出端分别与主处理器单元11的第一输入端、第二输入端连接，温度传感器5的信号输出端和主处理器单元11的第三输入端连接，主处理器单元11的输出端和LED显示单元12的输入端连接。所述的液位变送器I和连接杆2使用不锈钢封装结构。所述的对比测量传感器8和主液位测量传感器6采用高精度MEMS微压传感器。所述的温度传感器5采用数字型温度传感器DS18B20。如图4_(a)所示，所述的主处理器单元11选用了 C8051F020单片机，第一信号变送单元9和第二信号变送单元10输出的两路电压信号送入主处理单元11取得绝对差值并进行A/D转换、滤波以及密度换算，得到密度信息，同时主液位测量传感器8输出的一路电压信号在主处理器11内进行单端输入形式的A/D转换，经进一步处理得到液位信息，数字型温度传感器DS18B20输出为数字信号直接送入单片机进行换算得到温度信息。C8051F020单片机片上集成了 12位8通道ADC，不需要片外模数转换芯片，简化了电路结构，具有较高的精度。如图4- (b)，4_ (c)所示，所述的第一信号变送单元9、第二信号变送单元10具有相同的电路结构，都采用了 AD693芯片，主液位测量传感器6和对比测量传感器8输出信号分别送入第一信号变送单元9和第二信号变送单元10进行滤波、放大等处理得到两路1-5V标准信号。本发明的工作原理为使用时，液位变送器I的下端垂直于液面固定在液面下，液位变送器I的下端固定在液面上，位于液位变送器I下端的主液位测量传感器6和位于液位变送器I上端的对比测量传感器8通过导气电缆7背压直通大气，主液位测量传感器6和对比测量传感器8迎液面进行液体的压力测量；温度传感器5进行温度测量。密度测量原理AP=P6 — P8=P . g. L ;其中P6、P8分别为主液位测量传感器6和对比测量传感器8的压力输出值；L-主液位测量传感器6和对比测量传感器8的高度差； P -被测介质密度；g_被测当地的重力加速度。主液位测量传感器6和对比测量传感器8的高度差为定值，测得的差压ΛΡ与液体的密度P成正比，这样就把测量液体密度的问题变成了测量差压的问题。液位测量原理当液位计投入到被测液体中某一深度时，主液位测量传感器6迎液面受到的压力为P6= P · g. H+Po ;式中P-主液位测量传感器6迎液面所受压力；P -被测液体密度，通过主液位测量传感器6和对比测量传感器8测出；g-当地重力加速度；Po-液面上大气压；H-变送器投入液体的深度。同时，将液面上的大气压Po引至主液位测量传感器6的负压腔以抵消传感器迎液面的Po，使主液位测量传感器6测得压力为F6=P . g. H。因此，主液位测量传感器6测得压力与液体的高度H成正比，这样就把测量液体的高度的问题变成了测量压力的问题。在测量过程中，主液位测量传感器6和对比测量传感器8输出的两路信号分别送入第一信号变送单元9和第二信号变送单元10进行放大、滤波和V/I变换等处理变成I一5V的标准电压信号。两路电压信号送入主处理单元11取得绝对差值并进行A/D转换、滤波以及密度换算，得到密度信息，同时主液位测量传感器8输出的一路电压信号在主处理器11内进行单端输入形式的A/D转换，经进一步处理得到液位信息。数字型温度传感器DS18B20输出为数字信号直接送入单片机进行换算得到温度信息。最后将单片机处理所得密度、液位和温度等数据送入LED显示单元12显示出来。主液位传感器6和对比测量传感器8由于“温漂”造成在不同环境温度下的测量误差，在主液位传感器6背部安装温度传感器5测量温度值，并且根据所测温度值补偿温度对测量结果造成的影响，可以有效提高密度和液位的测量精度。压阻式元件的压阻系数有较大的温度系数，导致MEMS微压传感器的灵敏度和零点漂移较大，本发明采用了基于最小二乘法的温度补偿算法，提高输出结果的线性度。本发明采用了中位值平均滤波法可消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差，提高测量的精度，同时软件滤波具有比硬件滤波更好地效果，而且简化了电路。
权利要求
1.一种高精度液位、温度、密度多功能测量系统，包括液位变送器(I)，其特征在于液位变送器(I)的输出信号送入信号调理与显示电路(13)； 所述的液位变送器(1)，其壳体顶部与连接杆(2)底部连接，连接杆(2)顶部通过转接座(3)与防爆接线盒(4)相连，信号调理与显示电路(13)固定于防爆接线盒(4)内，对比测量传感器(8)和主液位测量传感器(6)以上下分布垂直于液面的方式封装于液位变送器(I)壳体内，位于下部的主液位测量传感器(6)的背面还设置有温度传感器(5)，对比测量传感器(8)、主液位测量传感器(6)和温度传感器(5)的信号输出端通过导气电缆(7)和信号调理与显示电路(13)的连接； 所述的信号调理与显示电路(13)包括第一信号变送单元(9)和第二信号变送单元(10)，第一信号变送单元(9)和第二信号变送单元(10)的输入端分别与主液位测量传感器(6)和对比测量传感器(8)的信号输出端连接，第一信号变送单元(9)和第二信号变送单元(10)的输出端分别与主处理器单元(11)的第一输入端、第二输入端连接，温度传感器(5)的信号输出端和主处理器单元(11)的第三输入端连接，主处理器单元(11)的输出端和LED显示单元(12)的输入端连接。
2.根据权利要求I所述的一种高精度液位、温度、密度多功能测量系统，其特征在于所述的液位变送器(I)和连接杆(2)使用不锈钢封装结构。
3.根据权利要求I所述的一种高精度液位、温度、密度多功能测量系统，其特征在于所述的对比测量传感器(8)和主液位测量传感器(6)采用高精度MEMS微压传感器。
4.根据权利要求I所述的一种高精度液位、温度、密度多功能测量系统，其特征在于所述的温度传感器(5)采用数字型温度传感器DS18B20。
5.根据权利要求I所述的一种高精度液位、温度、密度多功能测量系统，其特征在于所述的第一信号变送单元(9)、第二信号变送单元(10)基于AD693芯片。
6.根据权利要求I所述的一种高精度液位、温度、密度多功能测量系统，其特征在于所述的主处理器单元(11)基于C8051F020单片机。
全文摘要
一种高精度液位、温度、密度多功能测量系统，包括液位变送器，液位变送器的输出信号送入信号调理与显示电路；液位变送器壳体与连接杆连接，连接杆通过转接座与防爆接线盒相连，信号调理与显示电路固定于防爆接线盒内，对比测量传感器和主液位测量传感器以上下分布垂直于液面的方式封装于液位变送器壳体内，主液位测量传感器的背面还设置有温度传感器，信号调理与显示电路包括两个信号变送单元，并分别与主液位测量传感器和对比测量传感器连接，两个信号变送单元与主处理器单元连接，温度传感器和主处理器单元连接，主处理器单元和LED显示单元连接，本发明可以同时测量液体的液位、密度和温度，具有精度高、灵敏度高、线性度好的特点。
文档编号G01F23/14GK102778255SQ20121024048
公开日2012年11月14日 申请日期2012年7月12日 优先权日2012年7月12日
发明者牛喆, 王建军, 赵玉龙, 郭方方 申请人:西安交通大学