一種壓阻水位計(jì)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種水位計(jì)，屬于水利、水文和工程監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]水位測量計(jì)有多種形式，以安裝形式來分，有非浸入式和浸入式。非浸入式有超聲波、雷達(dá)等，浸入式的有干簧管、浮球式、壓阻式等。按照測量原理來劃分，水位計(jì)有浮子式、壓力式、氣泡式、電容式、超聲波及激光測距水位計(jì)等。壓阻式水位計(jì)的型號很多，是壓力式水位計(jì)的一種。壓阻式水位計(jì)一般由四部分組成:壓阻傳感器件、信號處理電路、不銹鋼殼體及電纜。不同壓阻水位計(jì)最大的區(qū)別在于壓阻傳感器件、信號處理電路、數(shù)據(jù)處理方法及通信協(xié)議。信號處理電路包括激勵源，放大器，A/D轉(zhuǎn)換電路。通訊電路包括微處理器MCU，通信接口電路等。選用不同的器件，水位計(jì)的性能指標(biāo)也不同，包括精度，功耗，成本，電路復(fù)雜程度等。
[0003]壓阻傳感器一般有電流型和電壓型，水位計(jì)采用電流型壓阻傳感器，隨著壓力變化，輸出電阻也跟著變化，通過恒流源電流的作用，輸出變化的電壓信號，信號電壓放大器放大，模擬/數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換得到數(shù)字量，微處理器MCU處理，線性化等，通過RS485接口，M0DBUS協(xié)議經(jīng)電纜將壓力數(shù)據(jù)或水位數(shù)據(jù)發(fā)送至數(shù)據(jù)采集裝置。
[0004]目前，文獻(xiàn)上報(bào)道的壓阻式水位計(jì)有電流輸出型，也有RS485接口。電流輸出型只能輸出4?20mA直流電流，接收裝置還須將電流轉(zhuǎn)換成電壓，數(shù)據(jù)采集裝置通過A/D轉(zhuǎn)換裝置獲取壓力值，再通過計(jì)算求得水位高度。這種壓阻水位計(jì)需要配置特殊的數(shù)據(jù)采集裝置，一般的RS485接口的壓阻水位計(jì)使用特殊的通訊協(xié)議，通用的MCU，因此導(dǎo)致水位計(jì)整體功耗大，其應(yīng)用便具有一定的局限性，例如在偏遠(yuǎn)地帶等不適宜隨時補(bǔ)充能源的地方。另夕卜，由于一般的壓阻水位計(jì)沒有測溫功能，即使有測溫功能也是用專用的測溫器件來實(shí)現(xiàn)，成本較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種低功耗、低成本的壓阻水位計(jì)，其發(fā)明原理為采用通用的Modbus通用協(xié)議、低功耗MCU、高精密16位A/D轉(zhuǎn)換電路，并利用MCU本身的測溫功能，不需另加測溫元件，降低生產(chǎn)成本。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案為:
[0007]一種壓阻水位計(jì)，包括外殼、上密封端、下密封端、上隔離套及重錘，上密封端設(shè)于上隔離套之上，并通過外殼與下密封端連接，重錘嵌套在下密封端之上，在重錘的重力作用下，保證壓阻水位計(jì)垂直懸置與液體中；外殼內(nèi)部設(shè)有電路板和壓阻敏感器件，壓阻敏感器件和外殼之間密封耐壓；下密封端設(shè)有通水孔，水從孔進(jìn)入，作用于壓阻敏感器件；重錘設(shè)有進(jìn)水孔；上密封端與通訊電纜之間密封并耐壓，通訊電纜從上密封端的上端接出，通向數(shù)據(jù)采集器。
[0008]進(jìn)一步，上密封端與通訊電纜之間密封，通訊電纜從上密封端的上端接出，通向數(shù)據(jù)采集器；上密封端/下密封端與殼體之間密封；壓阻敏感器件之間用0形圈密封，以防止水浸入殼體內(nèi)部。
[0009]進(jìn)一步，上述電路板主要分成兩部分，一是微處理器MCU模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、通訊模塊，另一部分是信號處理，包括恒流源模塊、儀器放大器模塊。作為本實(shí)用新型的優(yōu)選方案，MCU模塊采用低功耗MCU C8051F300，自帶測溫功能，能夠?qū)崿F(xiàn)對水溫的精確測量；A/D轉(zhuǎn)換模塊采用低功耗16位A/D轉(zhuǎn)換器ADS1100 ;通訊模塊采用低功耗RS485通訊器件MAX3471 ;壓力傳感器采用Honeywell不銹鋼隔離壓力傳感器，使用電流驅(qū)動，由恒壓源REF195ES和運(yùn)算放大器LM358做成恒流源。壓力傳感器的輸出信號通過單電源儀器放大器AD623信號放大。
[0010]通過采用上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型能夠取得如下的技術(shù)效果:
[0011]本實(shí)用新型提供的壓阻水位計(jì)將壓力傳感器、信號處理電路板封裝在不銹鋼金屬殼體內(nèi)，殼體完全密封，耐壓，耐腐蝕，解決了一般水位計(jì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不易安裝的問題；
[0012]采用高性能、低功耗、高穩(wěn)定性的MCU電路設(shè)計(jì)；
[0013]由恒流源、信號放大、模擬數(shù)字16位高精密A/D轉(zhuǎn)換器構(gòu)成信號處理回路，占用較小的空間，既便于在狹窄的空間安裝，又具有很高的轉(zhuǎn)換精度；
[0014]采用多次擬合特殊的線性化數(shù)據(jù)處理方法，測量電路電源采用功率可控電路，只在收到測量命令時，才給測量電路電源，測量結(jié)束關(guān)斷電源，系統(tǒng)處于休眠狀態(tài)，解決了一般壓阻水位計(jì)功耗大，精度低的問題，使得本實(shí)用新型能夠適合多種使用場合，特別是野外電力不易到達(dá)、采用電池供電的場合，保證設(shè)備有較長的工作時間。
[0015]使用RS485接口輸出，M0DBUS協(xié)議，解決了水位計(jì)通訊接口復(fù)雜的問題；
[0016]水位計(jì)具有測溫功能，利用MCU本身的測溫功能，可測量水下溫度，解決了水位計(jì)測溫需要專用測溫器件、信號處理電路板布局復(fù)雜的問題。
[0017]本實(shí)用新型采用通用的數(shù)據(jù)采集器就可方便地獲取水位計(jì)算值，整體通用性好，功耗低，測量精度高、耐腐蝕、儀器穩(wěn)定性好、結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉的特點(diǎn)。
【附圖說明】
[0018]圖1是本實(shí)用新型主體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖2是本實(shí)用新型的重錘結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖3是本實(shí)用新型的電路板結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖4是本實(shí)用新型各功能模塊工作原理示意圖。
[0022]圖5是本實(shí)用新型內(nèi)部電路示意圖。
[0023]圖6是本實(shí)用新型內(nèi)部電路示意圖。
[0024]圖中標(biāo)記代表:1.上密封端；2.上隔離套；3.外殼；4.下密封端；5.重錘。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0026]本實(shí)施例的主體結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示，該壓阻水位計(jì)由一個外殼3、上密封端1、下密封端4、上隔離套2及重錘5組成；重錘5嵌套在下密封端4之上。通訊電纜從上密封端1接出，通向數(shù)據(jù)采集器。外殼3內(nèi)部放置電路板和壓阻敏感器件。敏感器件和外殼3之間密封耐壓。下密封端4有通水小孔，水從小孔進(jìn)入，作用于壓阻敏感器件。重錘5套接在下密封端4外層，同樣重錘上有進(jìn)水小孔，同時在重錘的重力作用下，保證壓阻水位計(jì)垂直懸置。上密封端1與通訊電纜之間密封并耐壓。
[0027]水位計(jì)測量出水位的高度，是指水位計(jì)安裝位置到水面的距離。當(dāng)水位計(jì)安裝固定后，水面高度的變化，會引起水下水位計(jì)壓力敏感器件的壓力變化，通過測量壓力的變化，考慮當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?，水密度等可?jì)算水位的變化。
[0028]根據(jù)壓力與水深的關(guān)系，P = P gh, h = P/ p g.
[0029]其中P:壓強(qiáng)，h:水深，P :水密度，g:重力加速度
[0030]h = P/ P g,把水位計(jì)所在位置的高度定義為H，則水面高度Mh = H+h。
[0031]圖3為內(nèi)部PCB板不意圖。電路主要分成兩部分，一是微處理器MCU、A/D轉(zhuǎn)換器、通信電路，另一部分是信號處理，包括恒流源，信號放大。采用低功耗MCU C8051F300，低功耗16位A/D轉(zhuǎn)換器ADS1100，低功耗RS485通訊器件MAX3471，壓力傳感器采用Honeywell不銹鋼隔離壓力傳感器，使用電流驅(qū)動，由恒壓源REF195ES和運(yùn)算放大器LM358做成恒流源。壓力傳感器的輸出信號通過單電源儀器放大器AD623信號放大。
[0032]本實(shí)施例各功能模塊工作原理如圖4所示，由MCU模塊、通訊模塊、恒流源模塊、傳感器模塊、儀器放大器模塊和A/D轉(zhuǎn)換模塊組成。MCU負(fù)責(zé)與上位機(jī)的通訊和A/D采集控制。恒流源驅(qū)動壓阻傳感器，使得在外在壓力變化時，輸出變化的電壓信號，電壓信號幅度較小，需儀器放大器將信號放大，才能滿足A/D轉(zhuǎn)換電路的要求。
[0033]本實(shí)施例內(nèi)部電路如圖5、圖6所示，圖5示出了本實(shí)施例的電源電路、MCU、RS485通訊和測量電路電源控制電路，圖6示出了本實(shí)施例的恒流源、壓阻傳感器、儀器放大器和A/D轉(zhuǎn)換電路。
[0034]本實(shí)用新型不限于上述實(shí)施例，一切采用等同替換或等效替換形成的技術(shù)方案均屬于本實(shí)用新型要求保護(hù)的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種壓阻水位計(jì)，其特征在于，包括外殼、上密封端、下密封端、上隔離套及重錘，其中，所述上密封端設(shè)于上隔離套之上，并通過外殼與下密封端連接；所述重錘嵌套在下密封端之上；所述外殼內(nèi)部設(shè)有電路板和壓阻敏感器件，所述壓阻敏感器件和外殼之間密封耐壓；所述下密封端設(shè)有通水孔，水從孔進(jìn)入，作用于所述壓阻敏感器件；所述重錘設(shè)有進(jìn)水孔。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓阻水位計(jì)，其特征在于:所述上密封端與通訊電纜之間密封，通訊電纜從上密封端的上端接出，通向數(shù)據(jù)采集器；所述上密封端/下密封端與殼體之間密封；所述壓阻敏感器件之間用0形圈密封，防止水浸入殼體內(nèi)部。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的壓阻水位計(jì)，其特征在于:所述電路板包括微處理器MCU模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、傳感器模塊、儀器放大器模塊、通訊模塊、恒流源模塊。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的壓阻水位計(jì)，其特征在于:所述MCU模塊采用C8051F300微處理器。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的壓阻水位計(jì)，其特征在于:利用C8051F300微處理器的測溫功能，精確測量水下水溫。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的壓阻水位計(jì)，其特征在于:所述A/D轉(zhuǎn)換模塊采用低功耗ADSllOOAOo7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的壓阻水位計(jì)，其特征在于:所述通訊模塊采用低功耗RS485通訊芯片MAX3471EUA。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種壓阻水位計(jì)，以克服現(xiàn)有技術(shù)中水位計(jì)功耗大、精度低、成本高的缺陷。本壓阻水位計(jì)采用高性能、低功耗、高穩(wěn)定性的MCU電路設(shè)計(jì)；由恒流源、信號放大、模擬數(shù)字16位高精密A/D轉(zhuǎn)換器構(gòu)成信號處理回路，占用較小的空間，既便于在狹窄的空間安裝，又具有很高的轉(zhuǎn)換精度；采用多次擬合特殊的線性化數(shù)據(jù)處理方法，測量電路電源采用功率可控電路，只在收到測量命令時，才給測量電路電源，測量結(jié)束關(guān)斷電源，系統(tǒng)處于休眠狀態(tài)，解決了一般壓阻水位計(jì)功耗大，精度低的問題，使得本實(shí)用新型能夠適合多種使用場合，特別是野外電力不易到達(dá)、采用電池供電的場合，保證設(shè)備有較長的工作時間。
【IPC分類】G01F23/24
【公開號】CN205049204
【申請?zhí)枴緾N201520432996
【發(fā)明人】湯祥林, 熊光亞, 劉艷平, 鄒君
【申請人】南京南瑞集團(tuán)公司, 國網(wǎng)電力科學(xué)研究院
【公開日】2016年2月24日
【申請日】2015年6月23日