专利名称:微电脑液位自动记录仪的制作方法
本实用新型涉及的是一种液位自动记录的电子仪表。可广泛应用于导电性液体的液位观测记录。
目前国内外测量液位的仪器，一部分利用浮桶的升降，以机械形式传递、转换、记录液位。这类仪器的优点是功耗低，自记周期长、但一般测量精度较低，时钟计时误差大，工作可靠性差。一部分采用压阻式，压力式或超声波式液位传感器，通过电路转换以数字形式输出。这类仪器的优点是工作性能可靠，数字化输出，但大多测量精度低，功耗大，电路复杂，成本高，自记周期短，或不能自记。
南京水文自动化研究所85年新研制的FW－390－1型浮桶式长记水位计，解决了浮桶式水位计自记周期短，计时误差大的缺点，达到了国际标准。但这种仪器仍有结构复杂，需要测井，安装不便等不足之处。兰州国营华兴电子机器厂新生产的数字式CJW－1型长记水位仪，克服了数字式水位计自记周期短，功耗大的缺点。该仪器处理方法是将水位转化为直流电压信号，经放大，模数转换，数字打印记录。但电路结构复杂，造价高，而且测量精度和计时精度比较低。日本57－118122号专利申请书，采用电容式液位传感器，直接输出脉冲信号，其构成是以两极板间的液体作为电介质而构成电容。但液体的温度变化对所构成的电容量C影响较大，为此必须在仪器内部另设一标准的校正电路，使仪器的电路结构复杂化。
目前，液位测量中已出现配有微型计算机的液位仪。但这类液位仪采用单板微型计算机。由于单板微型计算机的集成化程度低，所以这类液位仪一般体积较大，造价较高。
鉴于目前各种仪器所存在的缺点，本实用新型设计了一种电路结构简单，自记周期长。记时准确。测量精度高的以单片微型计算机为基础的，智能化微电脑液位自动记录仪。
本实用新型主要由双方波脉冲传感器，单片微型计算机或MCS48系列中的一种，微型打印机及微调稳压电源、按键等组成。本实用新型的设计特点在于采用单片微型计算机进行自动检测，数据处理和打印记录，使液位计赋于智能。
本实用新型设计传感器的理论公式是f＝1.44／(Ra＋2Rb)·Cf——频率；Ra、Rb——电阻；C——电容。
当液位发生变化时，电容改变，从而使输出脉冲随之变化。因电阻Rl可取高达3MΩ的高阻值，所以微小电容量C的变化可以引起频率f较大的变化，实现高灵敏度，高分辨率。由液位——频率变换器〔9〕所输出的脉冲通过传输线直接输入单片微型计算机的T0口，由软件定数计时的方法转换成数字量，然后按已确立的数字量——液位回归方程计算出相应的液位值。为消除环境温度等因素，对电路元件(主要电阻)的影响所引起的测量误差，本实用新型的双方波脉冲传感器内部设有环境温度影响——频率变换器〔10〕，用于修正环境温度等因素所引起的误差。
下面结合本实用新型具体结构
图1为部分示意图。
图2为双方波脉冲传感器电路结构示意图。
〔1〕微型打印机〔2〕开关控制电路〔3〕.〔5〕.〔11〕反相器〔4〕单片微型计算机〔6〕双方波脉冲传感器〔7〕稳压块〔8〕.〔14〕.〔15〕电阻〔9〕液位——频率变换器〔10〕环境温度影响－－频率变换器〔12〕电容线 〔16〕电容〔13〕定时电路555〔17〕.〔18〕方波脉冲发生器微型打印机〔1〕的数据线与单片微型计算机〔4〕的数据总线相连，微型打印机〔1〕的选通信号与单片微型计算机〔4〕的
WR信号相连，忙信号与T1口相连，P27口通过反相器〔3〕控制开关控制电路〔2〕接通或断开微型打印机〔1〕的电源。反相器〔3〕的作用是提高单片微型计算机〔4〕输出口的启动能力。
本实用新型使用微调稳压电源，把直流电源(7－12V)稳压成5V。由于一般稳压块的输出电压都低于5V，所以本实用新型在稳压块〔7〕接地管脚串联电阻〔8〕。由于稳压块〔7〕接地管脚有一定的电流输出，当串联电阻〔8〕时，可以提高稳压块〔7〕接地管脚处的电位，从而使稳压块〔7〕的输出电位得以提高。所以调节电阻〔8〕的阻值，可以改变稳压块〔7〕的输出电位，使稳压电源的输出电压得到调节。
单片微型计算机〔4〕通过反相器〔5〕由A.B线与双方波脉冲传感器〔6〕相连接，双方波脉冲传感器〔6〕输出的脉冲信号通过C.D线输入单片微型计算机〔4〕。传感器〔6〕是由液位——频率变换器〔9〕和环境温度影响——频率变换器〔10〕构成，如图2。频率变换器〔9〕和〔10〕都是以现有技术中的方波脉冲发生器为基础的。方波脉冲发生器如图2中的〔17〕或〔18〕所示，是由定时电路555〔13〕，电阻〔14、15〕，电容〔16〕组成。本实用新型在方波脉冲发生器〔17〕的信号输出管管脚和电源管脚上与两个以上的反相器〔11〕相连接，把电容改为电容线〔12〕，设计出了液位——频率变换器〔9〕。在方波脉冲发生器〔18〕的信号输出管脚上与一个以上反相器〔11〕相连接，构成了环境温度影响——频率变换器〔10〕。频率变换器〔9〕和〔10〕通过电源控制线A连接为一体，组合成双方波脉冲传感器〔6〕，电路见附图2，单片微型计算机〔4〕的P1口与传感器电源切换器——反相器〔5〕的输入口相连，反相器〔5〕的输出口与双方脉冲传感器〔6〕内部的反相器〔11〕的电源线以及方波脉冲发生器〔18〕的电源线相连接。单片微型计算机〔4〕的P2口与反相器〔11〕的输入口相连，反相器〔11〕的输出口与方波脉冲发生器〔17〕的电源线相连。单片微型计算机〔4〕通过反向相器〔5〕。〔11〕向双方波脉冲传感器〔6〕提供电源并进行切换。实现多路循环检测。传感器的输出脉冲通过C、D线直接输入计算机的T0口和
1NT口。由于在本仪器中采用了多个反相器，使双方波脉冲传感器输出的信号呈单向输出，避免了多路之间的信号干扰，实现了多路循环检测。
液位－－频率变换器〔9〕和环境温度影响——频率变换器〔10〕组合在同一电路之中，处于同一环境，温度等因素对其影响是相同的。当温度等因素发生变化时，频率变换器〔9〕和〔10〕中的敏感元件电阻和电容的性能尤其是电阻〔14〕，〔15〕阻值随之发生变化，致使传感器的输出脉冲频率发生变化。通过环境温度影响——频率变换器〔10〕输出的脉冲信号由计算机软件找出温度等因素的影响系数，并对液位——频率变换器〔9〕检测的液位值进行修正，保证了测量的精度。
本实用新型的双方波脉冲传感器的电路中由于有敏感元件电阻〔14〕和〔15〕，电容线〔12〕和电容〔16〕，因此，该传感器不但可以用来测定液位，还可以用来测量能够引起电阻电容变化的其它物理量。
本实用新型中的敏感元件的参数是依据前述理论公式和实际检测量程的需要取值的。根据初步试验的结果，电阻〔14〕可以是500k——1MΩ，电阻〔15〕可以是500k——3MΩ，电容线〔12〕依检测量程决定长度，电容〔16〕依据量程大小一般选用0.01－1uF。
本实用新型设计人已制作出微电脑液位自动记录仪，在室内模拟试验成功，现结合附图进一步描述其动态结构图2中的电容线〔12〕是测量线，它以其芯线和液体作电极，绝缘层作为电介质，连接在液位——频率变换器〔9〕中的定时电路555〔13〕的1和2管脚上。在液位一定时，液体淹没电容线〔12〕的深度一定，电容量C不变。当液位发生变化时，电容量C随之改变，频率变换器〔9〕的输出频率也随之改变，即不同液位对应不同的输出频率。在进行循环检测时，单片微型计算机〔4〕由P1口向反相器〔5〕输入低电位，使反相器〔5〕输出高电位，通过A线向反相器〔11〕和频率变换器〔10〕中的定时电路555〔13〕提供电源，使环境温度影响——频率变换器〔10〕开始工作，由C线输出脉冲信号，输入单片微型计算机〔4〕
INT口，经过数据检测，软件处理，找出环境温度等因素的影响系数。
同时，单片微型计算机由P2口通过B线向反相器〔11〕输入低电位，使反相器〔11〕输出高电位，对频率变换器〔9〕中的定时电路555〔13〕提供电源，液位——频率变换器〔9〕开始工作产生频率与液位相对应的脉冲信号，由D线输入单片微型计算机的T0口，经定数计时，数据处理，转换成液位值，并根据环境温度等因素影响系数，由软件对液位值进行修正。
最后，单片微型计算机〔4〕指令微型打印机〔1〕将所检测的结果打印记录。
本实用新型的积极效果由于采用尽可能少的元件和尽可能用软件功能代替硬件，从而使电路简化，制造工艺简单。通过软件进行控制。处理、判别，使液位记录仪智能化。检测范围是导电率大于10西／厘米的水、酸、盐等液体。误差小于1.5‰，量程0－20米。
本实用新型设计人利用样机在实验室模拟山区洪水单路或多路检测，具体实施如下通过数字键1和数字键2预置时间(年.月.日.时.分)，并根据用户要求输入打印记录水位的时间间隔和水位变幅间距。按下功能键，则计算机内部时钟从预置时间开始计时，仪器进入循环观测。
1.当来洪水时，观测值高于相对零点值。仪器则自动打印出“××年××月××日××时××分来水”字样，同时打印出一个“时 分 水位CM”字样的表头。
2.来洪水以后，仪器则按照用户要求的时间间隔、水位变幅间距自动打印记录水位和相应时间。
3.当洪水出现洪峰时，计算机比较前、后两次观测的水位值，判断出洪峰，并自动记录峰值和对应时间。
4.当洪水退去时，观测值低于相对零点值仪器便自动打印出“××年××月××日××时××分退水”字样。
5.在整个观测记录中，只有需要打印记录时，方才接通打印机电源，记录结束，断开电源。
权利要求
1.一种液位记录仪，其特征在于采用了单片微型计算机[4]，双方波脉冲传感器[6]。微调稳压电源部件。
2.根据权利要求
1所述的液位记录仪，其特征在于所采用的单片微型计算机〔4〕可以是MCS48系列中的任意一种。
3.根据权利要求
1所述的液位记录仪，其特征是在单片微型计算机〔4〕与双方波脉冲传感器〔6〕之间连接能对双方波脉冲传感器〔6〕电源进行切换的反相器〔5〕。
4.根据权利要求
1所述的液位记录仪，其特征是双方波脉冲传感器〔6〕由液位——频率变换器〔9〕和环境温度影响——频率变换器〔10〕所组成。
5.根据权利要求
1所述的液位记录仪，其特征在于双方波脉冲传感器〔6〕有一个由包括定时电路555〔13〕，电容线〔12〕，电容〔16〕，电阻〔14〕，〔15〕以及两个以上反相器〔11〕组成的双方波脉冲发生器电路，其敏感元件是电容线〔12〕，电容〔16〕或电阻〔14、15〕。
6.根据权利要求
1所述的液位记录仪，其特征是双方波脉冲传感器〔6〕所输出的脉冲信号是由C线和D线直接输入单片微型计算机〔4〕的T0口和
INT口。
7.根据权利要求
1所述的液位记录仪，其特征是微调稳压电源是在稳压块〔7〕的接地管脚上串联一个可以调节输出电压的电阻〔8〕。
专利摘要
一种微电脑液位自动记录仪，是由单片微型计算机[4]双方波脉冲传感器[6]、微型打印机[1]、微调稳压电源等部件所组成。适用于检测导电率大于10西/厘米的水、酸、盐等液体。误差小于1.5‰，量程0—20米。是一种功能全，结构简单，使用方便的液位检测仪器。
文档编号G01F23/22GK86205033SQ86205033
公开日1987年5月20日 申请日期1986年7月30日
发明者王福卿, 高明山 申请人:河北农业大学导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan