一種高精度液位傳感器及液位遙測遙控儀的制作方法
【專利摘要】本發明提供了一種高精度液位傳感器，包括底座、基座、中間接頭、差壓傳感器、護套接頭、專用氣電纜護套、專用氣電纜、不銹鋼過濾網套。一種液位遙測遙控儀，包括上述任意一項所述的高精度液位傳感器，還包括運算放大器、A/D變換器、嵌入式單片機、I/O口、薄膜鍵盤、強電執行器、GPRS短信收發器、嵌入式專用控制軟件。本發明的高精度液位傳感器的量程范圍為1～10000毫米，分辨率為0.2毫米，當量程范圍為1～5000毫米時，分辨率可做到0.1毫米。
【專利說明】一種高精度液位傳感器及液位遙測遙控儀
【技術領域】
[0001]本發明涉及遙控遙測在線儀表領域，具體來說是液位傳感器及一種基于手機網絡的高精度液位遙測遙控儀。
【背景技術】
[0002]液位的檢測與控制的儀器或設備品種和規格非常多，如用浮球開關能控制液位的高度范圍，但不能檢測液位值。用壓力傳感器制成的液位控制系統，其基準大氣壓變化或校準因標定、使用的地點不同而有不同的大氣壓值，這樣液位傳感器不放入液體內時，液位控制系統的零點有較大的偏差。
[0003]存水式污水池、城市地下污水、雨水排水涵管或江河的液位實時監測十分重要。如城市下水排水發生涵管堵塞，液位就會上升形成內澇，同樣城市下洼的路面立交橋下，積水的深度幾乎沒有自動監測和報警，有乘用車開入積水中熄火，釀成慘案。
[0004]氣象站的降雨量的測量用的是帶刻度的玻璃量筒，人工觀測，手工記錄。精度和工作量都成問題，記錄的連續性和某個時刻的瞬間難于提供必要的信息。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是為了解決現有產品的精度不高，適應各種復雜情況的能力不夠或不強、智能化低、通用性差，不能遙測和遙控的缺點，提供一種高精度液位傳感器及一種液位遙測遙控儀。
[0006]一種高精度液位傳感器，包括底座、基座、中間接頭、差壓傳感器、護套接頭、專用氣電纜護套、專用氣電纜、不銹鋼過濾網套；所述護套接頭與所述專用氣電纜護套通過與中間接頭連接，所述底座與所述基座連接，所述中間接頭與所述基座連接，所述不銹鋼過濾網套設置在所述基座和底座之間，所述差壓傳感器包括高端和低端，所述高端通液面以下的液體，所述低端通液面以上的大氣壓，所述差壓傳感器設置在基座內，所述底座設有導通液體的孔，所述專用氣電纜設有通大氣管，所述低端與所述通大氣管連接，所述專用氣電纜設有引線。
[0007]作為本發明的進一步改進，所述差壓傳感器的型號為24CCFA6D。
[0008]作為本發明的進一步改進，所述底座的導通液體的孔為斜孔，所述底座的導通液體的孔為三個、四個或五個。
[0009]作為本發明的進一步改進，所述底座通過螺紋與所述基座連接，所述中間接頭與基座之間由O型密封圈密封。
[0010]作為本發明的進一步改進，所述高端設有液體壓力感應膜。
[0011]一種液位遙測遙控儀，包括上述任意一項所述的高精度液位傳感器，還包括運算放大器、A/D變換器、嵌入式單片機、I/O 口、薄膜鍵盤、強電執行器、GPRS短信收發器、嵌入式專用控制軟件；所述差壓傳感器的電信號通過所述運算放大器放大，然后通過所述A/D變換器將模擬信號變成數字信號，供所述嵌入式單片機進行處理，所述的薄膜鍵盤用來設定參數，液位超過高位限時，所述嵌入式單片機向所述強電執行器下指令，接通主設備水泵電機電源，液位下降，當下降到低位限時水泵停止工作；如果液位在主設備工作時液位沒有下降，備用設備設置的高位限要高于主設備的高位限，液位達到備用設備設置的高位限，此時所述嵌入式單片機向所述GPRS短信收發器發出報警請求發送短信，同時開啟備用設備。
[0012]作為本發明的進一步改進，所述薄膜鍵盤設定的參數包括高精度液位量程的設置、低位限、高位限的設置、一二級管理員的密碼設置、手機號碼設置和強行啟動備用設備的參數設置。
[0013]作為本發明的進一步改進，還包括電源，所有的單元都通過所述電源4來供電。
[0014]作為本發明的進一步改進，包括USB 口，所述USB 口按先進后出的規律始終保持最新的數據，數據按Xls格式保存。
[0015]作為本發明的進一步改進，包括液晶顯示器、閃存，所述薄膜鍵盤設定的參數在所述液晶顯示器上顯示并儲存在所述閃存中。
[0016]本發明的高精度液位傳感器的量程范圍為I?10000毫米，分辨率為0.2毫米，當量程范圍為I?5000暈米時，分辨率可做到0.1暈米。
[0017]高精度液位傳感器是用差壓傳感器的高端采集液體不同深度的壓力與低端的大氣壓進行比較，可精確檢測和控制小于等于I毫米的液位差值。
[0018]本發明的液位遙測遙控儀，與現有技術相比具有以下明顯的效果:
[0019]液位檢測精度高，并有5000條完整的歷史記錄，可作為氣象部門和水利檢測部門作為自動檢測，短信定時提供液位信息的專業設備。
[0020]用于城市市政排水涵管或洼地路面的液位監測與報警，提供內澇的預警信息。
[0021]對污水處理廠或獨立的污水池進行自動液位自動控制和遙控遙測。
[0022]對水塔進行自動水位調節，執行設備故障自動報警，開啟備用設備并通知管理員處理。
[0023]安裝、使用操作簡單，性價比高，減少人工巡視成本和誤差。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]圖1為本發明液位遙測遙控儀的方框原理、信息流程和基本構成示意圖；
[0025]圖2為本發明的高精度液位傳感器的原理結構工藝圖；
[0026]圖3為本發明液位遙測遙控儀的液位上限位報警設置原理圖；
[0027]圖4為本發明液位遙測遙控儀的液位下限位報警設置原理圖；
[0028]圖5為本發明液位遙測遙控儀的密碼設置、參數設置流程圖；
[0029]圖6為本發明液位遙測遙控儀的電氣接線示意圖。
[0030]圖中各部件名稱如下:
[0031]高精度液位傳感器1、運算放大器2、A/D變換器3、電源4、液晶顯示器5、嵌入式單片機6、I/O 口 7、閃存8、薄膜鍵盤9、強電執行器10、GPRS短信收發器11、USB 口 12、嵌入式專用控制軟件13、底座14、基座15、中間接頭16、差壓傳感器17、護套接頭18、專用氣電纜護套19、通大氣管20、引線21、專用氣電纜22、低端23、O型密封圈24、不銹鋼過濾網套25、高端26。
【具體實施方式】
[0032]下面結合附圖對本發明做進一步說明。
[0033]如圖2所示，圖2為本發明的高精度液位傳感器的原理結構工藝圖，一種高精度液位傳感器，包括底座14、基座15、中間接頭16、差壓傳感器17、護套接頭18、專用氣電纜護套19、專用氣電纜22、不銹鋼過濾網套25 ;所述護套接頭18與所述專用氣電纜護套19通過與中間接頭16連接，所述底座14與所述基座15連接，所述中間接頭16與所述基座15連接，所述不銹鋼過濾網套25設置在所述基座15和底座14之間，所述差壓傳感器17包括高端
26和低端23，所述高端26通液面以下的液體，所述低端23通液面以上的大氣壓，所述差壓傳感器17設置在基座15內，所述底座14設有導通液體的孔，所述專用氣電纜22設有通大氣管20，所述低端23與所述通大氣管20連接，所述專用氣電纜22設有引線21。
[0034]高精度液位傳感器用差壓傳感器構成核心部件，所述差壓傳感器的型號為24CCFA6D。差壓傳感器的高端通液面以下的液體，差壓傳感器的低端通液面以上的大氣壓。差壓傳感器的電信號通過運算放大器放大22.2倍，形成5V的標準型號通過A/D變換將模擬信號變成數字信號，供嵌入式單片機進行處理，所有的單元都通過電源來供電。
[0035]通液體的底座14有四個導通液體的斜孔，底座14通過螺紋與差壓傳感器17的基座15連接，在基座15和底座14之間加有不銹鋼過濾網套25，用途是防止液體中的運動微小顆粒與差壓傳感器17的高端26的液體壓力感應膜相接觸。中間接頭16與基座15之間裝入的差壓傳感器17用O型密封圈24密封，防止液體由深度產生的壓力進入差壓傳感器17的低端23，低端23與專用氣電纜22中的通大氣管20與液面以上的大氣壓相通，保證差壓傳感器17高端26產生的液體壓力形成的液體深度與大氣壓產生一個壓力差電信號。差壓傳感器17的電信號通過專用氣電纜22中的4根引線21接通運算放大器。護套接頭18與防水防腐蝕專用氣電纜護套19通過螺紋與中間接頭16連接，使得差壓傳感器17的低端23及專用氣電纜22承受液體的壓力與大氣壓等壓而無泄漏。底座14、基座15、中間接頭
16、護套接頭18均由不銹鋼材料制成，不銹鋼的牌號為304。專用氣電纜護套19由硅橡膠開模具硫化而成。
[0036]高精度液位傳感器I的量程范圍為I?10000毫米，分辨率為0.2毫米，當量程范圍為I?5000毫米時，分辨率可做到0.1毫米。運算放大器2把高精度液位傳感器I的毫伏級的電信號放大到5V，放大倍數是22.2倍。放大的標準信號通過A/D變換器3將模擬信號變換成數字信號。A/D變換器采用16位的，在5000毫米的量程范圍內，最小分辨單位是
0.078毫米。電源4是通過市電交流220V用開關電源得到各種所需的電壓值和功率，電源4也包含了三相四線制的動力電。
[0037]由于使用了差壓傳感器制成的高精度液位傳感器，以液面以上的大氣壓作為基準參考零點，并用16位A/D變換器，使液位檢測和控制精度超過I毫米，解決了傳統壓力變送器做液位傳感器帶來的零點不準和精度低、誤差大的問題。
[0038]如圖1所示，圖1為本發明液位遙測遙控儀的方框原理、信息流程和基本構成示意圖，本發明包括高精度液位傳感器1、運算放大器2、A/D變換器3、電源4、液晶顯示器5、嵌入式單片機6、I/O 口 7、閃存8、薄膜鍵盤9、強電執行器10、GPRS短信收發器11、USB 口 12和嵌入式專用控制軟件13。
[0039]運算放大器2和A/D變換器3在10米范圍內的水柱高度時，A/D變換器3的位數是16位的，檢測液位的最小分辨率為0.156毫米。
[0040]液晶顯示器5、嵌入式單片機6、1/0 口 7、閃存8、薄膜鍵盤9可設置高精度液位傳感器量程范圍和液位高度的單位及最低液位即低位限和最高液位即高位限。
[0041]強電執行器10可按設置的液位參數自動開啟或關閉水泵或閥門，是液位保持在設定的安全范圍內，當主執行設備出現故障，液位超限時，備用設備自動啟動或短信強制啟動，備用設備的啟動參數設置要嚴格于主執行設備。
[0042]GPRS短信收發器11可接受一、二級管理員的短信請求，發送當時液位的實時值和液位的歷史記錄。閃存8可儲存記錄5000組液位實時信息和歷史記錄，通過U盤拷貝出歷史記錄。
[0043]嵌入式專用控制軟件13包含主控制程序、與GPRS短信收發器11通信程序及對高精度液位傳感器I和A/D變換器3輸出信號進行數字濾波的的程序。
[0044]圖1中液晶顯示器5用來實時顯示液位值，液位值的默認單位為毫米，5位有效數字，包括小數點后一位。同時顯示一二級管理員的的手機前三位和后四位號碼。在參數設置過程中顯示參數或通過薄膜鍵盤9修改參數，薄膜鍵盤是用來各種參數的設定，如高精度液位量程的設置，低位限、高位限的設置，一二級管理員的密碼設置、手機號碼設置和強行啟動備用設備的參數設置。各種設置和參數由嵌入式單片機6按嵌入式專用控制軟件規定的指令放在閃存8。I/O 口 7是輸入輸出接口，接收來自GPRS短信收發器11和薄膜鍵盤9的信息，由嵌入式單片機6來協調工作順序，并可以給強電執行器10輸出指令，同時也可向GPRS短信收發器11發指令，發送相關信息給一二級管理員。USB 口 12可接U盤，將閃存8的歷史記錄拷貝復制到U盤。閃存8的歷史記錄可由一級管理員進行刪除操作。用U盤拷貝出閃存內存儲的歷史記錄，記錄大于5000組數據，可三個月拷貝一次。記錄大于5000次后，按先進后出的規律始終保持最新的5000組數據，數據按xls格式保存。
[0045]所述的嵌入式單片機和嵌入式專用控制軟件規定了個單元的工作順序，并將這些軟件程序固化在嵌入式單片機內，液位個時段的檢測值按規定的時間間隔定時記錄，如30分鐘記錄一個液位值連同此時的日期時間形成一個完整的信息即歷史記錄。當本儀器應用與污水池或下洼的路面立交橋下積水時，液位超過高位限時，嵌入式單片機向強電執行器下指令，接通主設備水泵電機電源，液位下降，當下降到低位限時水泵停止工作。如果液位在主設備工作時液位沒有下降，備用設備設置的高位限要高于主設備的高位限，液位達到備用設備設置的高位限，此時嵌入式單片機向GPRS短信收發器發出報警請求發送短信，同時開啟備用設備，一級管理員收到短信后電話或短信通知二級管理員是否去現場勘察。
[0046]圖3、圖4分別為液位上限位報警、液位下限位報警設置原理圖，薄膜鍵盤9是本發明的輸入設備，對于像獨立的排污池，污水在沒有溢出前達到上限報值時自動啟動強電執行器10打開主泵進行排污，這個上限報值就是圖3中的AH，AL是上限報的低水位設置值，當排污液面下降到AL時，強電執行器10關閉泵。對于像水塔類型的儲存液體的屬下限報，如圖4所示，當液體使用時液位下降，達到圖4中的低液位報警值AH時強電執行器10打開泵進行加液，液位上升到控制液位A時，強電執行器10關閉泵，使得液位在低液位AH和高液位A之間的安全內循環。
[0047]圖3中，液位到達高液位報警值AH時，強電執行器10接到開啟泵的指令已經執行，但液位不降反升，說明主泵出現故障，此時備用泵強行開啟，能強行開啟的原因是增加設置了超高液位報警值AHH，一般AHH的值比AH高出100到200毫米，此時向一二級管理員短信報警并由一級管理員短信通知或電話通知二級管理員是否去現場勘察。
[0048]圖5中薄膜鍵盤9，在顯示當前值的狀態下，按SET鍵來進入參數設置，選中一級管理員密碼、同時一級管理員密碼可修改，完成后輸入或修改命名該設備地址管理號4為數字、設置日期和時間，并按界面的提示分別設置一級和二級管理員手機號碼，兩個手機號碼可以是相同的也可是不同的，設備開關的作用是用4為數字O或1，每位可選“I”打開功能，“O”關閉功能，“0000”其中第一位表示是否允許設備接收短信指令，第二位是表示是否允許設備發送短信報警，第三位是是否允許I號繼電器報警發出警告，第四位是是否允許2號繼電器報警發出警告，再按一次SET鍵，進入量程設置，量程下限一般都設為O，量程上限是根據高精度液位傳感器的量程進行設置，通常根據客戶控制的液位高度和精度來選1000、2000,5000,10000毫米的規格，并輸入量程上限值。在液位單位的選擇上考慮行業的要求，本發明默認單位是毫米，可選的單位是厘米、分米和米。如選中二級管理員密碼，可進行低液位IALl高液位IAHl和低液位2AL2高液位2AH2的設置。液位1、2的區分分別主設備和備用的液位值，備用設備的值比主設備的值更向惡劣環境值靠近，起到主設備故障，備用設備自動啟動防止事故發生。
[0049]一二級管理員遠程指令:在通常情況下，一二管理員可以遠程獲取當前傳感器測量值并控制備用設備的2號繼電器工作，編輯短信“#1000”不包含引號文本內容，發送至指定的設備的號碼，然后設備會將當前的傳感器測量值(儀表顯示)信息發送給管理員，一級管理員遠程指令編輯短信“#1001”不包含引號文本內容，發送到指定設備的號碼，然后設備會無視當前1，2號繼電器工作狀態，強制將2號繼電器工作，直到新的狀態來臨；其他指令信息將隨固件程序的更改而做修正。
[0050]圖6為本發明的電氣接線示意圖，接線柱1、2是主設備中間繼電器Jl的常開觸點，可控制交流接觸器的動作線圈，從而接通大型的排灌設備來控制液位，Jl和J2設強電執行器10的具體化。J2是備用設備的中間繼電器J2的常開觸點，接線柱號是3和4。接線柱5和6是接220V市電，接線柱號7和8是接兩線制電流型傳感器的接線端子。接線柱9?13是接構成測量電橋式的傳感器的接線端子。11和12號接線柱聯接差壓傳感器17的差壓信號，9、13號接線柱是接1V的橋壓。9、11、12、13號接線柱正好與專用氣電纜22中的4根引線21相對應，保證了高精度液位傳感器I與運算放大器2的可靠聯接。
[0051]本發明可設置多種功能和參數，嵌入式單片機和控制軟件對液位傳感器進行數字濾波，可高精度實時檢測液位,并通過手機網絡的短信接收液位的實時值,可根據液位的檢測值向強電執行器強制執行的短信，以控制液位在設定的安全范圍內，當主執行設備出現故障，液位超限時，備用設備自動啟動或短信強制啟動，使得液位回到安全的范圍內。
[0052]以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施只局限于這些說明。對于本發明所屬【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本發明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種高精度液位傳感器，其特征在于:包括底座(14)、基座(15)、中間接頭(16)、差壓傳感器(17)、護套接頭(18)、專用氣電纜護套(19)、專用氣電纜(22)、不銹鋼過濾網套(25);所述護套接頭(18)與所述專用氣電纜護套(19)通過與中間接頭(16)連接，所述底座(14)與所述基座(15)連接，所述中間接頭(16)與所述基座(15)連接，所述不銹鋼過濾網套(25)設置在所述基座(15)和底座(14)之間，所述差壓傳感器(17)包括高端(26)和低端(23)，所述高端(26)通液面以下的液體，所述低端(23)通液面以上的大氣壓，所述差壓傳感器(17)設置在基座(15)內，所述底座(14)設有導通液體的孔，所述專用氣電纜(22)設有通大氣管(20)，所述低端(23)與所述通大氣管(20)連接，所述專用氣電纜(22)設有引線(21)。
2.根據權利要求1所述的一種高精度液位傳感器，其特征在于:所述差壓傳感器的型號為 24CCFA6D。
3.根據權利要求1所述的一種高精度液位傳感器，其特征在于:所述底座(14)的導通液體的孔為斜孔，所述底座(14)的導通液體的孔為三個、四個或五個。
4.根據權利要求1所述的一種高精度液位傳感器，其特征在于:所述底座(14)通過螺紋與所述基座(15)連接，所述中間接頭(16)與基座(15)之間由O型密封圈(24)密封。
5.根據權利要求1所述的一種高精度液位傳感器，其特征在于:所述高端(26)設有液體壓力感應膜。
6.一種液位遙測遙控儀，其特征在于:包括權利要求1至5任意一項所述的高精度液位傳感器(1)，還包括運算放大器(2)、A/D變換器(3)、嵌入式單片機(6)、I/O 口(7)、薄膜鍵盤(9)、強電執行器(10)、GPRS短信收發器(11)、嵌入式專用控制軟件(13);所述差壓傳感器(17 )的電信號通過所述運算放大器(2 )放大，然后通過所述A/D變換器(3 )將模擬信號變成數字信號，供所述嵌入式單片機(6)進行處理，所述的薄膜鍵盤(9)用來設定參數，液位超過高位限時，所述嵌入式單片機(6)向所述強電執行器(10)下指令，接通主設備水泵電機電源，液位下降，當下降到低位限時水泵停止工作；如果液位在主設備工作時液位沒有下降，備用設備設置的高位限要高于主設備的高位限，液位達到備用設備設置的高位限，此時所述嵌入式單片機(6)向所述GPRS短信收發器(11)發出報警請求發送短信，同時開啟備用設備。
7.根據權利要求6所述的液位遙測遙控儀，其特征在于:所述薄膜鍵盤(9)設定的參數包括高精度液位量程的設置、低位限、高位限的設置、一二級管理員的密碼設置、手機號碼設置和強行啟動備用設備的參數設置。
8.根據權利要求6所述的液位遙測遙控儀，其特征在于:還包括電源(4)，所有的單元都通過所述電源4來供電。
9.根據權利要求6所述的液位遙測遙控儀，其特征在于:包括USB口(12)，所述USB 口(12)按先進后出的規律始終保持最新的數據，數據按xls格式保存。
10.根據權利要求6所述的液位遙測遙控儀，其特征在于:包括液晶顯示器(5)、閃存(8)，所述薄膜鍵盤(9)設定的參數在所述液晶顯示器(5)上顯示并儲存在所述閃存(8)中。
【文檔編號】G05D9/12GK104236669SQ201410226006
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年5月26日 優先權日:2014年5月26日
【發明者】羅湘利, 羅翔 申請人:羅湘利