一種水位測(cè)量裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型為一種水位測(cè)量裝置，屬于測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，這種裝置采用專用電纜作為敏感元件，可直接投入水中，克服了現(xiàn)有水位測(cè)量裝置無(wú)法在水質(zhì)復(fù)雜、環(huán)境惡劣的情況下使用的弊端，具有環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，安裝調(diào)試方便，兼容性強(qiáng)等特點(diǎn)。
【背景技術(shù)】
[0002]水位監(jiān)測(cè)技術(shù)已經(jīng)普遍應(yīng)用于國(guó)民生產(chǎn)、生活等多個(gè)領(lǐng)域，并發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，我國(guó)的水位監(jiān)測(cè)技術(shù)已經(jīng)有一定的研究、開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)能力。測(cè)量水位的傳感器種類很多，主要有浮子式、壓差式、超聲波式、雷達(dá)式等水位傳感器，功能齊全，性能穩(wěn)定。但在特殊環(huán)境下的適應(yīng)能力有限，如浮子式結(jié)構(gòu)復(fù)雜，壓差式易堵、超聲波式對(duì)環(huán)境要求嚴(yán)格、雷達(dá)式造價(jià)昂貴等問(wèn)題。這些傳感器一般都安裝有RS485數(shù)字通信接口(或4-20mA接口)，可以直接與采集儀、計(jì)算機(jī)或相應(yīng)儀表相聯(lián)接，組成為水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型為解決目前水位監(jiān)測(cè)裝置存在適應(yīng)能力有限、結(jié)構(gòu)復(fù)雜造價(jià)昂貴的技術(shù)問(wèn)題，提供一種水位測(cè)量裝置。
[0004]本實(shí)用新型是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:一種水位測(cè)量裝置，包括傳感器探頭、與傳感器探頭相連接的傳感器電纜以及與傳感器電纜相連接的電路部分；所述傳感器電纜由內(nèi)而外分別是銅導(dǎo)體、發(fā)泡聚乙烯絕緣層、銅網(wǎng)編織外導(dǎo)體和聚氯乙烯外套；所述電路部分包括與傳感器電纜相連接的數(shù)字式電容測(cè)量芯片、與數(shù)字式電容測(cè)量芯片相連接的單片機(jī)以及與單片機(jī)相連接的顯示器。
[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了一種水位測(cè)量裝置，該裝置采用傳感器電纜作為敏感元件，可直接投入水中，具有結(jié)構(gòu)合理、動(dòng)態(tài)范圍大、響應(yīng)快、穩(wěn)定可靠、使用范圍廣等特點(diǎn)。
[0006]本實(shí)用新型所述的一種水位測(cè)量裝置，可用于環(huán)境惡劣的環(huán)境中，銅導(dǎo)體和銅網(wǎng)編織外導(dǎo)體構(gòu)成電容的兩極，其電介質(zhì)為發(fā)泡聚乙烯絕緣層，通過(guò)材料特征及數(shù)據(jù)可知本傳感器的初始電容值。當(dāng)測(cè)量水位時(shí)，將傳感器探頭深入待測(cè)液體后，此時(shí)銅網(wǎng)編織外導(dǎo)體與液體構(gòu)成電容的兩極，而此時(shí)的電介質(zhì)為聚氯乙烯外套，當(dāng)水位深度發(fā)生變化時(shí)，電容值也隨之變化。傳感器探頭所測(cè)電容經(jīng)過(guò)數(shù)字式電容測(cè)量芯片處理，數(shù)字式電容測(cè)量芯片將相應(yīng)的電信號(hào)傳輸給單片機(jī)，經(jīng)過(guò)單片機(jī)的計(jì)算處理后，在顯示器上即可顯示所測(cè)水位值。
[0007]進(jìn)一步的，所述電路部分還包括向數(shù)字式電容測(cè)量芯片以及單片機(jī)供電的電源電路以及由電源電路供電的頻率輸出電路；所述頻率輸出電路與單片機(jī)的信號(hào)輸出端相連接。
[0008]通過(guò)頻率輸出電路，單片機(jī)可以將水位信息輸出。該水位測(cè)量裝置可應(yīng)用于復(fù)雜環(huán)境水位測(cè)量，具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0009]本實(shí)用新型所述的一種水位測(cè)量裝置與傳統(tǒng)水位傳感器相比具有以下有益效果:
[0010]1.為提高測(cè)量裝置的精度和可靠性，本實(shí)用新型采用一款專門進(jìn)行電容測(cè)量的數(shù)字式電容測(cè)量芯片，它是帶有內(nèi)部DSP的單芯片電容測(cè)量芯片，該芯片使電容測(cè)量精度提高。在實(shí)際水位測(cè)量中保證精度達(dá)到0.05cm ;
[0011]2.克服了普通水位傳感器在水質(zhì)復(fù)雜、環(huán)境惡劣的條件下無(wú)法正常使用的弊端，采用專用電纜作為敏感元件，可直接投入水中進(jìn)行水位測(cè)量。環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，安裝調(diào)試方便，兼容性強(qiáng)。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1專用電纜結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖中標(biāo)號(hào)所代表部件的名稱:1.銅導(dǎo)體，2.發(fā)炮聚乙烯絕緣層，3.銅網(wǎng)編織外導(dǎo)體，4.聚氯乙烯外套。
[0014]圖2水位測(cè)量裝置原理圖。
[0015]圖中標(biāo)號(hào)所代表部件的名稱:5.數(shù)字式電容測(cè)量芯片，6.單片機(jī) 7.顯示器，8.電源電路，9.頻率輸出電路，10.SPI總線，11.傳感器電纜，12.傳感器探頭。
【具體實(shí)施方式】
[0016]一種水位測(cè)量裝置，包括傳感器探頭12、與傳感器探頭12相連接的傳感器電纜11以及與傳感器電纜11相連接的電路部分；所述傳感器電纜11由內(nèi)而外分別是銅導(dǎo)體1、發(fā)泡聚乙烯絕緣層2、銅網(wǎng)編織外導(dǎo)體3和聚氯乙烯外套4 ;銅導(dǎo)體I和銅網(wǎng)編織外導(dǎo)體3構(gòu)成電容的兩極，發(fā)炮聚乙烯絕緣層2做為該電容的電介質(zhì)；所述電路部分包括與傳感器電纜11相連接的數(shù)字式電容測(cè)量芯片5、與數(shù)字式電容測(cè)量芯片5相連接的單片機(jī)6以及與單片機(jī)6相連接的顯示器7。銅導(dǎo)體位于中心，外部包覆有發(fā)泡聚乙烯絕緣層2、發(fā)泡聚乙烯絕緣層2外部包覆有銅網(wǎng)編織外導(dǎo)體3，銅網(wǎng)編織外導(dǎo)體3外部包覆有聚氯乙烯外套4。
[0017]所述電路部分還包括向數(shù)字式電容測(cè)量芯片5以及單片機(jī)6供電的電源電路8以及由電源電路8供電的頻率輸出電路9 ;所述頻率輸出電路9與單片機(jī)8的信號(hào)輸出端相連接。
[0018]數(shù)字式電容測(cè)量芯片5與單片機(jī)6之間通過(guò)SPI總線10傳輸信號(hào)。
[0019]下面結(jié)合附圖1和附圖2進(jìn)一步說(shuō)明采用本發(fā)明一種水位測(cè)量裝置的應(yīng)用，對(duì)本實(shí)用新型的原理和作用做出進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0020]用戶開(kāi)機(jī)后，單片機(jī)首先配置數(shù)字式電容測(cè)量芯片的相關(guān)參數(shù)并啟動(dòng)。單片機(jī)周期性向數(shù)字式電容測(cè)量芯片發(fā)生測(cè)試請(qǐng)求和收回測(cè)試數(shù)據(jù)，同時(shí)采集傳感器當(dāng)前讀數(shù)。采集到的電容值由單片機(jī)內(nèi)部運(yùn)算轉(zhuǎn)換為水位值，最后將當(dāng)前的液面高度顯示在顯示器上。
[0021]在測(cè)量水位時(shí)，工人將水位測(cè)量裝置的傳感器探頭深入水中后，此時(shí)銅網(wǎng)編織外導(dǎo)體3與水位構(gòu)成電容的兩極，而此時(shí)的電介質(zhì)則為聚氯乙烯外套4，當(dāng)水位深度發(fā)生變化時(shí)，電容值也隨之變化，而且是近似線性的變化，此時(shí)水位的深度信息轉(zhuǎn)換成了與之對(duì)應(yīng)的電容信號(hào)，按照附圖2將專用電纜11和電路連接，即數(shù)字式電容測(cè)量芯片5對(duì)所得的電容信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，計(jì)算，處理。數(shù)字式電容測(cè)量芯片5既適合超低功耗，最低至幾個(gè)uA的測(cè)量，也適合精度達(dá)到21位有效位的高性能測(cè)量，還可以進(jìn)行最高達(dá)50萬(wàn)次每秒鐘的快速測(cè)量，提供了對(duì)于高精度測(cè)量，低功耗測(cè)量以及快速測(cè)量應(yīng)用的的完美結(jié)合。數(shù)字式電容測(cè)量芯片5的轉(zhuǎn)換器前端應(yīng)用“放電時(shí)間的測(cè)量”作為測(cè)量電容的測(cè)量原理，放電時(shí)間是與傳感器和參考電容值成比例關(guān)系的，為了提高測(cè)量精度，可以在配置寄存器內(nèi)設(shè)置假測(cè)量次數(shù)和測(cè)量后內(nèi)部平均的次數(shù)。所以，經(jīng)過(guò)數(shù)字式電容測(cè)量芯片5芯片處理可得到精度較高、穩(wěn)定度好的電容信息，然后通過(guò)SPI總線10與單片機(jī)6連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)字式電容測(cè)量芯片5與單片機(jī)6之間的數(shù)據(jù)傳送，經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)、精確測(cè)試，計(jì)算得到電容隨水位的變化率為
8.60pF/cm，再結(jié)合已知的初始電容值CO，經(jīng)過(guò)單片機(jī)6運(yùn)算、處理后，工人可以在顯示器7上觀察到水位的實(shí)時(shí)變化。為了更好地實(shí)現(xiàn)傳感器的輸出功能，本實(shí)用新型在電路內(nèi)部還設(shè)計(jì)了頻率輸出電路9，通過(guò)頻率輸出電路9，實(shí)現(xiàn)了傳感器與其他設(shè)備的頻率傳輸功能。
[0022]本實(shí)用新型所述的一種水位測(cè)量裝置，可應(yīng)用于復(fù)雜環(huán)境水位測(cè)量，克服了普通水位測(cè)量裝置的弊端，具有環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，安裝調(diào)試方便，兼容性強(qiáng)等特點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種水位測(cè)量裝置，其特征在于，包括傳感器探頭(12)、與傳感器探頭(12)相連接的傳感器電纜(11)以及與傳感器電纜(11)相連接的電路部分；所述傳感器電纜(11)由內(nèi)而外分別是銅導(dǎo)體(I)、發(fā)泡聚乙烯絕緣層(2)、銅網(wǎng)編織外導(dǎo)體(3)和聚氯乙烯外套(4);所述電路部分包括與傳感器電纜(11)相連接的數(shù)字式電容測(cè)量芯片(5 )、與數(shù)字式電容測(cè)量芯片(5)相連接的單片機(jī)(6)以及與單片機(jī)(6)相連接的顯示器(7)。2.如權(quán)利要求1所述的一種水位測(cè)量裝置，其特征在于，所述電路部分還包括向數(shù)字式電容測(cè)量芯片(5)以及單片機(jī)(6)供電的電源電路(8)以及由電源電路(8)供電的頻率輸出電路(9);所述頻率輸出電路(9)與單片機(jī)(8)的信號(hào)輸出端相連接。3.如權(quán)利要求1或2所述的一種水位測(cè)量裝置，其特征在于，數(shù)字式電容測(cè)量芯片(5)與單片機(jī)(6)之間通過(guò)SPI總線(10)傳輸信號(hào)。
【專利摘要】一種水位測(cè)量裝置，屬于測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，整套裝置由傳感器探頭、專用電纜和電路部分組成，該裝置采用專用電纜作為敏感元件，可直接投入水中，具有結(jié)構(gòu)合理、動(dòng)態(tài)范圍大、響應(yīng)快、穩(wěn)定可靠、使用范圍廣等特點(diǎn)。該水位測(cè)量裝置可應(yīng)用于復(fù)雜環(huán)境水位測(cè)量，具有廣闊的應(yīng)用前景。
【IPC分類】G01F23/26
【公開(kāi)號(hào)】CN204788568
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520363059
【發(fā)明人】田振東, 趙水富, 杜亞玲, 張宏飛, 崔晉平, 靳寶全
【申請(qǐng)人】山西晉城無(wú)煙煤礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司
【公開(kāi)日】2015年11月18日
【申請(qǐng)日】2015年6月1日