一种两线制外贴式液位计的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种两线制外贴式液位计，包括主机和探头，主机和探头相连接，主机包括发射电路、接收电路、控制器和显示装置，发射电路的一端与探头连接，且用于向探头发射信号，发射电路的另一端与控制器连接，接收电路的一端与探头连接，且用于接收探头发出的信号，接收电路的另一端与控制器连接，控制器还与XTR115芯片相连接；该发明检测准确，安装时不需破坏罐体，不接触容器内的介质，且安装简便快速。
【专利说明】一种两线制外贴式液位计
【技术领域】
[0001]本发明属于液位计【技术领域】，具体涉及一种两线制外贴式液位计。
【背景技术】
[0002]在压力容器、危险化学液体、易燃易爆、高纯度液体等液位测量领域，应用传统的液位计测量存在较大困难。目前的外贴式液位计由于硬件电路功耗的限制，一般只能使用四线制接线方式，非常难以做到两线制；同时也由于功耗和相关性能的考虑，其防爆形式一般为隔爆，很难做到本安防爆。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种安装时不需破坏罐体，不接触容器内的介质，且安装简便快速的两线制外贴式液位计。
[0004]为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是，一种两线制外贴式液位计，主机和探头，主机和探头相连接，主机包括发射电路、接收电路、控制器和显示装置，发射电路的一端与探头连接，且用于向探头发射信号，发射电路的另一端与控制器连接，接收电路的一端与探头连接，且用于接收探头发出的信号，接收电路的另一端与控制器连接，控制器还与XTRl 15芯片相连接；
[0005]发射电路包括场效应管，场效应管的栅极与控制器相连接，场效应管的源极与地线连接，场效应管的漏极与驱动变压器的第一输入端连接，驱动变压器的第二输入端与电源端连接，驱动变压器的第一输出端与第一二极管的输入端连接于al点，第一二极管的输出端与探头连接于bl点，al点还与第二二极管的输出端连接，bl点还与第二二极管的输入端连接；驱动变压器的第二输出端与第三二极管的输入端连接于c点，第三二极管的输出端与探头连接于dl点，Cl点还与第四二极管的输出端连接，dl点还与第四二极管的输入端连接；
[0006]接收电路包括限流电阻，限流电阻的一端与探头连接，限流电阻的另一端与第一级放大电路连接，第一级放大电路与第二级放大电路连接，第二级放大电路与第三级放大电路连接，第三级放大电路与控制器连接。
[0007]进一步地，该主机还包括带宽匹配电路，带宽匹配电路中并列连接有多个继电器，每一个继电器与控制器相连接，带宽匹配电路的输出端与探头相连接。
[0008]进一步地，该控制器为MSP430单片机，MSP430单片机的I/O 口与场效应管连接，MSP430单片机的A/D端口与第三级放大电路连接。
[0009]进一步地，该探头包括设置在金属壳内底部的压电片，压电片与金属壳通过导电胶连接，压电片的上端与导电柱的一端连接，导电柱的另一端连接有接线板，接线板还与信号电缆连接；接线板与金属壳的接触处设置有挡圈，挡圈成对对称分布于接线板的对应端，压电片上部设置有用于吸收和抑制杂波干扰的吸声材料。
[0010]本发明一种两线制外贴式液位计，可对高温、高压密闭容器内的各种有毒、强酸、强碱等液体的液位进行精确测量。测量时安装于罐体外壁，安装时不需破坏罐体，不接触容器内的介质；安装简便快速，不影响正常生产。降低了整个电路的功耗，使系统运行最少只需要3.5mA电流。降低了变压器的发射电压，但测量距离仍然能达到30米以上。提高接收电路增益，降低电路噪声，增强微弱信号的监测能力。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1是本发明一种两线制外贴式液位计的结构示意图。
[0012]图2是本发明一种两线制外贴式液位计的发射电路示意图。
[0013]图3是本发明一种两线制外贴式液位计的接收电路示意图。
[0014]图4是本发明一种两线制外贴式液位计的带宽匹配电路示意图。
[0015]图5是本发明一种两线制外贴式液位计的探头的结构示意图。
[0016]图6是本发明一种两线制外贴式液位计中XTR115芯片与单片机的连接结构示意图。
【具体实施方式】
[0017]本发明一种两线制外贴式液位计，如图1、2、3和4所示，包括主机I和探头2，主机I和探头2相连接，主机I包括发射电路1-1、接收电路1-2、控制器1-3和显示装置1-4，发射电路1-1的一端与探头2连接，且用于向探头2发射信号，发射电路1-1的另一端与控制器1-3连接，接收电路1-2的一端与探头2连接，且用于接收探头2发出的信号，接收电路
1-2的另一端与控制器1-3连接，控制器1-3还与XTRl15芯片相连接，发射电路1-1连接有发射带宽匹配电路，带宽匹配电路中并列连接有多个继电器，每一个所述的继电器与控制器1-3相连接，带宽匹配电路的输出端与探头2相连接。
[0018]发射电路1-1包括场效应管Q4，场效应管Q4的栅极与控制器1-3相连接，场效应管Q4的源极与地线连接，场效应管Q4的漏极与驱动变压器Tl的第一输入端连接，驱动变压器Tl的第二输入端与电源端VDD连接，驱动变压器Tl的第一输出端与第一二极管Dl的输入端连接于al点，第一二极管Dl的输出端与探头2连接于bl点，al点还与第二二极管D2的输出端连接，bl点还与第二二极管D2的输入端连接；驱动变压器Tl的第二输出端与第三二极管D3的输入端连接于c点，第三二极管D3的输出端与探头2连接于dl点，Cl点还与第四二极管D4的输出端连接，dl点还与第四二极管D4的输入端连接；接收电路包括限流电阻R，限流电阻R的一端与探头2连接，限流电阻R的另一端与第一级放大电路A连接，第一级放大电路A与第二级放大电路B连接，第二级放大电路B与第三级放大电路C连接，第三级放大电路C与控制器1-3连接。控制器1-3为MSP430单片机，MSP430单片机的I/O 口与场效应管Q4连接，MSP430单片机的A/D端口与第三级放大电路C连接。
[0019]本发明一种两线制外贴式液位计，如图5所示，探头2包括设置在金属壳2-2内底部的压电片2-8，压电片2-8与金属壳2-2通过导电胶2-7连接，压电片2_8的上端与导电柱2-4的一端连接，导电柱2-4的另一端连接有接线板2-5，接线板2-5还与信号电缆2_1连接；接线板2-5与金属壳2-2的接触处设置有挡圈2-3，挡圈2-3成对对称分布于接线板
2-5的对应端，压电片2-8上部设置有用于吸收和抑制杂波干扰的吸声材料2-6。通过导电胶粘接压电片2-8和金属壳2-2，导电胶2-7不单是良好的声耦合剂，还能提高探头的电磁兼容性能。在压电片2-8的背面填充吸声材料2-6，用于吸收和抑制杂波干扰，以便获取纯净的信号波。引出信号电缆焊接部分用电子胶灌封，起到防水、隔爆作用。
[0020]本发明一种两线制外贴式液位计，接收电路1-2为三级分立元件放大电路，分立元件为无源器件，功耗可以做的很低。探头2的回波信号首先通过限流电阻R，经电容Cl隔直后，进入第一级放大电路A进行放大；放大后的信号经三极管V2进行第二级放大；然后在经三极管V3进行第三级放大；最后，放大后的信号由V3的集电极输出至单片机的A/D端口 ；由单片机完成回波信号的采集和处理。该接收电路1-2提高了增益，降低了电路噪声，增强了微弱信号的监测能力
[0021]本发明一种两线制外贴式液位计，发射电路采用先降低发射变压器初级电压VDD，减小发射电路功耗。然后，采用单片机的I/o 口直接驱动场效应管Q4，由Q4驱动变压器发射超声波。工作时，单片机I/O端口输出超声波脉冲串至Q4的门极，然后由Q4直接驱动变压器Tl，完成超声波脉冲串的发射。单片机不发射时，发射电路静态功耗为零；发射电路的功耗得到进一步降低。
[0022]本发明一种两线制外贴式液位计，主控芯片选用低功耗的MSP430单片机，由单片机控制发射电路发射脉冲信号，脉冲信号经探头后变为机械波，机械波穿透液体并经液面返回至探头，探头再把机械波转化为电信号；电信号经过接收电路后送至单片机，单片机分析处理回波信号，根据声速和回波时间计算出液位值。由单片机DAC产生的模拟信号Vin通过限流电阻Rin后，加至芯片XTR115的2脚；此时，XTRl 15的4脚会输出一个电流信号I。，电流Itj = 100*Vin/Rin。在Rin值恒定的情况下，通过单片机输出电压信号Vin就可以控制电流环的电流大小，实现两线制电流信号传输。
[0023]本发明一种两线制外贴式液位计，探头2外壳选用黄铜材质加工而成，壳体表面平整光滑，透声性好。选用高灵敏度的压电片，并且增加陶瓷片的表面积，提高信号的接收能力。用导电胶粘接压电片和外壳，导电胶不单是良好的声耦合剂，还能提高探头的电磁兼容性能。在压电片的背面填充吸声材料，用于吸收和抑制杂波干扰，以便获取纯净的信号波。引出信号电缆焊接部分用电子胶灌封，起到防水、隔爆作用。
[0024]本发明一种两线制外贴式液位计，整个硬件芯片的选型都是基于功耗而进行的。让不经常工作时，芯片处于休眠状态，进一步减少了系统的功耗，从而使产品的功耗整体上达到两线制的要求。
[0025]本发明一种两线制外贴式液位计，主机I和探头2配合使用，液位计主机I产生的声波信号经由信号电缆2-1传输至探头2，探头2将能量转换为声波，发射到被测液体的表面后反射回来，经由探头2接受，并由信号电缆2-1传回至液位计主机1，经主机I信号处理后，计算出当前液位，进行显示或远传。该液位计突破传统开罐接触的安装方式，实现了对密闭容器内液位高度的真正非接触测量。探头安装于被测容器外壁的底部，无需对被测容器开孔、安装简易。可对高温、高压密闭容器内的各种有毒物质、强酸、强碱及各种纯净液体的液位进行精确测量。液位计对液体介质和容器的材质无特殊要求，并采用隔爆设计，满足防爆要求，可广泛使用。
【权利要求】
1.一种两线制外贴式液位计，其特征在于，包括主机(I)和探头(2)，所述主机(I)和探头⑵相连接，所述主机⑴包括发射电路(1-1)、接收电路(1-2)、控制器(1-3)和显示装置(1-4)，所述发射电路(1-1)的一端与探头(2)连接，且用于向探头(2)发射信号，所述发射电路(1-1)的另一端与控制器(1-3)连接，所述接收电路(1-2)的一端与探头(2)连接，且用于接收探头(2)发出的信号，所述接收电路(1-2)的另一端与控制器(1-3)连接，所述控制器(1-3)还与XTRl 15芯片相连接； 所述发射电路(1-1)包括场效应管(Q4)，所述场效应管(Q4)的栅极与控制器(1-3)相连接，所述场效应管(Q4)的源极与地线连接，所述场效应管(Q4)的漏极与驱动变压器(Tl)的第一输入端连接，所述驱动变压器(Tl)的第二输入端与电源端(VDD)连接，所述驱动变压器(Tl)的第一输出端与第一二极管(Dl)的输入端连接于al点，所述第一二极管(Dl)的输出端与探头(2)连接于bl点，所述al点还与第二二极管(D2)的输出端连接，所述bl点还与第二二极管(D2)的输入端连接；所述驱动变压器(Tl)的第二输出端与第三二极管(D3)的输入端连接于c点，所述第三二极管(D3)的输出端与探头(2)连接于dl点，所述Cl点还与第四二极管(D4)的输出端连接，所述dl点还与第四二极管(D4)的输入端连接； 所述接收电路包括限流电阻(R)，所述限流电阻(R)的一端与探头⑵连接，所述限流电阻(R)的另一端与第一级放大电路(A)连接，所述第一级放大电路(A)与第二级放大电路(B)连接，所述第二级放大电路(B)与第三级放大电路(C)连接，所述第三级放大电路(C)与控制器(1-3)连接。
2.按照权利要求1所述的一种两线制外贴式液位计，其特征在于，所述主机(I)还包括带宽匹配电路，所述带宽匹配电路中并列连接有多个继电器，每一个所述的继电器与控制器(1-3)相连接，所述带宽匹配电路的输出端与探头⑵相连接。
3.按照权利要求1或2所述的一种两线制外贴式液位计，其特征在于，所述控制器(1-3)为MSP430单片机，所述MSP430单片机的I/O 口与场效应管(Q4)连接，所述MSP430单片机的A/D端口与第三级放大电路(C)连接。
4.按照权利要求3所述的一种两线制外贴式液位计，其特征在于，所述探头(2)包括设置在金属壳(2-2)内底部的压电片(2-8)，所述压电片(2-8)与金属壳(2-2)通过导电胶(2-7)连接，所述压电片(2-8)的上端与导电柱(2-4)的一端连接，所述导电柱(2-4)的另一端连接有接线板(2-5)，所述接线板(2-5)还与信号电缆(2-1)连接；所述接线板(2-5)与金属壳(2-2)的接触处设置有挡圈(2-3)，所述挡圈(2-3)成对对称分布于接线板(2-5)的对应端，所述压电片(2-8)上部设置有用于吸收和抑制杂波干扰的吸声材料(2-6)。
【文档编号】G01F23/296GK104198015SQ201410452725
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年9月5日 优先权日:2014年9月5日
【发明者】林豪杰, 武中胜 申请人:陕西声科电子科技有限公司