一种压阻水位计的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种水位计，属于水利、水文和工程监测技术领域。
【背景技术】
[0002]水位测量计有多种形式，以安装形式来分，有非浸入式和浸入式。非浸入式有超声波、雷达等，浸入式的有干簧管、浮球式、压阻式等。按照测量原理来划分，水位计有浮子式、压力式、气泡式、电容式、超声波及激光测距水位计等。压阻式水位计的型号很多，是压力式水位计的一种。压阻式水位计一般由四部分组成:压阻传感器件、信号处理电路、不锈钢壳体及电缆。不同压阻水位计最大的区别在于压阻传感器件、信号处理电路、数据处理方法及通信协议。信号处理电路包括激励源，放大器，A/D转换电路。通讯电路包括微处理器MCU，通信接口电路等。选用不同的器件，水位计的性能指标也不同，包括精度，功耗，成本，电路复杂程度等。
[0003]压阻传感器一般有电流型和电压型，水位计采用电流型压阻传感器，随着压力变化，输出电阻也跟着变化，通过恒流源电流的作用，输出变化的电压信号，信号电压放大器放大，模拟/数字(A/D)转换器转换得到数字量，微处理器MCU处理，线性化等，通过RS485接口，M0DBUS协议经电缆将压力数据或水位数据发送至数据采集装置。
[0004]目前，文献上报道的压阻式水位计有电流输出型，也有RS485接口。电流输出型只能输出4?20mA直流电流，接收装置还须将电流转换成电压，数据采集装置通过A/D转换装置获取压力值，再通过计算求得水位高度。这种压阻水位计需要配置特殊的数据采集装置，一般的RS485接口的压阻水位计使用特殊的通讯协议，通用的MCU，因此导致水位计整体功耗大，其应用便具有一定的局限性，例如在偏远地带等不适宜随时补充能源的地方。另夕卜，由于一般的压阻水位计没有测温功能，即使有测温功能也是用专用的测温器件来实现，成本较高。
【发明内容】
[0005]本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提供一种低功耗、低成本的压阻水位计，其发明原理为采用通用的Modbus通用协议、低功耗MCU、高精密16位A/D转换电路，并利用MCU本身的测温功能，不需另加测温元件，降低生产成本。
[0006]为了实现上述目的，本实用新型的技术方案为:
[0007]一种压阻水位计，包括外壳、上密封端、下密封端、上隔离套及重锤，上密封端设于上隔离套之上，并通过外壳与下密封端连接，重锤嵌套在下密封端之上，在重锤的重力作用下，保证压阻水位计垂直悬置与液体中；外壳内部设有电路板和压阻敏感器件，压阻敏感器件和外壳之间密封耐压；下密封端设有通水孔，水从孔进入，作用于压阻敏感器件；重锤设有进水孔；上密封端与通讯电缆之间密封并耐压，通讯电缆从上密封端的上端接出，通向数据采集器。
[0008]进一步，上密封端与通讯电缆之间密封，通讯电缆从上密封端的上端接出，通向数据采集器；上密封端/下密封端与壳体之间密封；压阻敏感器件之间用0形圈密封，以防止水浸入壳体内部。
[0009]进一步，上述电路板主要分成两部分，一是微处理器MCU模块、A/D转换模块、通讯模块，另一部分是信号处理，包括恒流源模块、仪器放大器模块。作为本实用新型的优选方案，MCU模块采用低功耗MCU C8051F300，自带测温功能，能够实现对水温的精确测量；A/D转换模块采用低功耗16位A/D转换器ADS1100 ;通讯模块采用低功耗RS485通讯器件MAX3471 ;压力传感器采用Honeywell不锈钢隔离压力传感器，使用电流驱动，由恒压源REF195ES和运算放大器LM358做成恒流源。压力传感器的输出信号通过单电源仪器放大器AD623信号放大。
[0010]通过采用上述技术方案，本实用新型能够取得如下的技术效果:
[0011]本实用新型提供的压阻水位计将压力传感器、信号处理电路板封装在不锈钢金属壳体内，壳体完全密封，耐压，耐腐蚀，解决了一般水位计结构复杂，不易安装的问题；
[0012]采用高性能、低功耗、高稳定性的MCU电路设计；
[0013]由恒流源、信号放大、模拟数字16位高精密A/D转换器构成信号处理回路，占用较小的空间，既便于在狭窄的空间安装，又具有很高的转换精度；
[0014]采用多次拟合特殊的线性化数据处理方法，测量电路电源采用功率可控电路，只在收到测量命令时，才给测量电路电源，测量结束关断电源，系统处于休眠状态，解决了一般压阻水位计功耗大，精度低的问题，使得本实用新型能够适合多种使用场合，特别是野外电力不易到达、采用电池供电的场合，保证设备有较长的工作时间。
[0015]使用RS485接口输出，M0DBUS协议，解决了水位计通讯接口复杂的问题；
[0016]水位计具有测温功能，利用MCU本身的测温功能，可测量水下温度，解决了水位计测温需要专用测温器件、信号处理电路板布局复杂的问题。
[0017]本实用新型采用通用的数据采集器就可方便地获取水位计算值，整体通用性好，功耗低，测量精度高、耐腐蚀、仪器稳定性好、结构简单、成本低廉的特点。
【附图说明】
[0018]图1是本实用新型主体结构示意图。
[0019]图2是本实用新型的重锤结构示意图。
[0020]图3是本实用新型的电路板结构示意图。
[0021]图4是本实用新型各功能模块工作原理示意图。
[0022]图5是本实用新型内部电路示意图。
[0023]图6是本实用新型内部电路示意图。
[0024]图中标记代表:1.上密封端；2.上隔离套；3.外壳；4.下密封端；5.重锤。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。
[0026]本实施例的主体结构如图1、图2所示，该压阻水位计由一个外壳3、上密封端1、下密封端4、上隔离套2及重锤5组成；重锤5嵌套在下密封端4之上。通讯电缆从上密封端1接出，通向数据采集器。外壳3内部放置电路板和压阻敏感器件。敏感器件和外壳3之间密封耐压。下密封端4有通水小孔，水从小孔进入，作用于压阻敏感器件。重锤5套接在下密封端4外层，同样重锤上有进水小孔，同时在重锤的重力作用下，保证压阻水位计垂直悬置。上密封端1与通讯电缆之间密封并耐压。
[0027]水位计测量出水位的高度，是指水位计安装位置到水面的距离。当水位计安装固定后，水面高度的变化，会引起水下水位计压力敏感器件的压力变化，通过测量压力的变化，考虑当地的重力加速度，水密度等可计算水位的变化。
[0028]根据压力与水深的关系，P = P gh, h = P/ p g.
[0029]其中P:压强，h:水深，P :水密度，g:重力加速度
[0030]h = P/ P g,把水位计所在位置的高度定义为H，则水面高度Mh = H+h。
[0031]图3为内部PCB板不意图。电路主要分成两部分，一是微处理器MCU、A/D转换器、通信电路，另一部分是信号处理，包括恒流源，信号放大。采用低功耗MCU C8051F300，低功耗16位A/D转换器ADS1100，低功耗RS485通讯器件MAX3471，压力传感器采用Honeywell不锈钢隔离压力传感器，使用电流驱动，由恒压源REF195ES和运算放大器LM358做成恒流源。压力传感器的输出信号通过单电源仪器放大器AD623信号放大。
[0032]本实施例各功能模块工作原理如图4所示，由MCU模块、通讯模块、恒流源模块、传感器模块、仪器放大器模块和A/D转换模块组成。MCU负责与上位机的通讯和A/D采集控制。恒流源驱动压阻传感器，使得在外在压力变化时，输出变化的电压信号，电压信号幅度较小，需仪器放大器将信号放大，才能满足A/D转换电路的要求。
[0033]本实施例内部电路如图5、图6所示，图5示出了本实施例的电源电路、MCU、RS485通讯和测量电路电源控制电路，图6示出了本实施例的恒流源、压阻传感器、仪器放大器和A/D转换电路。
[0034]本实用新型不限于上述实施例，一切采用等同替换或等效替换形成的技术方案均属于本实用新型要求保护的范围。
【主权项】
1.一种压阻水位计，其特征在于，包括外壳、上密封端、下密封端、上隔离套及重锤，其中，所述上密封端设于上隔离套之上，并通过外壳与下密封端连接；所述重锤嵌套在下密封端之上；所述外壳内部设有电路板和压阻敏感器件，所述压阻敏感器件和外壳之间密封耐压；所述下密封端设有通水孔，水从孔进入，作用于所述压阻敏感器件；所述重锤设有进水孔。2.根据权利要求1所述的压阻水位计，其特征在于:所述上密封端与通讯电缆之间密封，通讯电缆从上密封端的上端接出，通向数据采集器；所述上密封端/下密封端与壳体之间密封；所述压阻敏感器件之间用0形圈密封，防止水浸入壳体内部。3.根据权利要求1或2所述的压阻水位计，其特征在于:所述电路板包括微处理器MCU模块、A/D转换模块、传感器模块、仪器放大器模块、通讯模块、恒流源模块。4.根据权利要求3所述的压阻水位计，其特征在于:所述MCU模块采用C8051F300微处理器。5.根据权利要求4所述的压阻水位计，其特征在于:利用C8051F300微处理器的测温功能，精确测量水下水温。6.根据权利要求3所述的压阻水位计，其特征在于:所述A/D转换模块采用低功耗ADSllOOAOo7.根据权利要求3所述的压阻水位计，其特征在于:所述通讯模块采用低功耗RS485通讯芯片MAX3471EUA。
【专利摘要】本实用新型公开了一种压阻水位计，以克服现有技术中水位计功耗大、精度低、成本高的缺陷。本压阻水位计采用高性能、低功耗、高稳定性的MCU电路设计；由恒流源、信号放大、模拟数字16位高精密A/D转换器构成信号处理回路，占用较小的空间，既便于在狭窄的空间安装，又具有很高的转换精度；采用多次拟合特殊的线性化数据处理方法，测量电路电源采用功率可控电路，只在收到测量命令时，才给测量电路电源，测量结束关断电源，系统处于休眠状态，解决了一般压阻水位计功耗大，精度低的问题，使得本实用新型能够适合多种使用场合，特别是野外电力不易到达、采用电池供电的场合，保证设备有较长的工作时间。
【IPC分类】G01F23/24
【公开号】CN205049204
【申请号】CN201520432996
【发明人】汤祥林, 熊光亚, 刘艳平, 邹君
【申请人】南京南瑞集团公司, 国网电力科学研究院
【公开日】2016年2月24日
【申请日】2015年6月23日