本文基于扩散硅输入式输入类型液位变送器的水位测量系统设计资料由优质变送器生产报价厂家为您提供。

过去，我国水位监测和控制主要采用浮子式水位计、压力式水位计、超声波水位计等技术，存在读数波动大、实时性差、投入成本高等缺点。基于扩散硅输入公式液位变送器，设计了外围硬件电路和软件，并进行了水位测量实验。实验结果表明，所设计的扩散硅输入型液位变送器测量电路工作可靠，温度引起的最大温度漂移为0.07 ma/%,液位测量误差小于0.04 in，精度高。该设计能实时监测水位变化，动态显示数据，不受实测数据的底淤等因素影响。

介绍

水位监测在船闸、码头、水库、水文站等场合起着至关重要的作用。目前，我国主要使用浮子式水位计、压力式水位计和超声波水位计作为测量工具。然而，浮子式水位计受水底沉积的影响很大，不能实时传输数据。它还需要定期手动维护，这既费时又费力。压力水位计容易受到温度和水流的影响，导致读数不稳定。超声波水位计可以实时传输数据，但输入成本较高，安装麻烦，而且受传输介质的影响很大。扩散硅输入式输入式液位变送器可以克服上述缺点，直接输入到待测液体中进行测量，不受水下沉积的影响，可以进行实时数据传输，制造成本低，使用方便。然而，目前扩散硅输入液位传输在我国还没有得到广泛应用，技术还不成熟，需要进一步探索和研究。1dz.h扩散硅输入类型液位变送器工作原理扩散硅输入类型液位变送器是一种能直接将水位转换成标准电信号供二次仪表使用的装置。安装方便，结构简单，经济耐用，能实时监测水位变化。它可广泛应用于水位监测、污水处理、高层池塘、水文地质等江河、航道船闸场所。

扩散硅输入液位变送器可直接放入被测介质中进行测量。与其他传感器相比，它使用起来更加方便快捷。被测介质的压力直接作用在传感器的膜片(不锈钢或陶瓷)上，使膜片产生与介质压力成比例的微位移，因此传感器的等效电阻值R变为R’，根据扩散硅的特性，可称为R’= 1/(dl)。d2 .p .式(1)中的s、d是扩散硅的压阻特性系数；D2是扩散硅应力和位移的线性比例系数。p是传感器所在介质位置的压力；s是传感器隔膜的面积。

当输入类型液位变送器被放入被测液体时，传感器上的压力为p = p. g .(2)其中p是待测液体的密度；g是局部重力加速度；p .大气压是否高于液面；一天是发射器放入液体的深度。

扩散硅输入公式液位变送器采用+24V DC电源，并根据伏安特性，= E/(R'+R)，(3)其中E为电源电压；r是压缩后传感器的电阻值；R为250 n采样电阻，R为“R”，忽略R的大小，e/r为“R”。(4)通式(1)，通式(2)，通式(4)可得，= e. dl .d2 .双p. g .(5)从方程(5)可以看出，液体的深度日与测量电流成线性关系，传感器输出4 ~ 20 mA的标准电流信号。然而，由于空气大气压p的存在，4mA的偏置电流被带到输出信号，这可以通过硬件方法来校正。

2系统结构设计

在本设计中，采用单片机作为控制器对采集的数据进行处理。单片机可采集0 ~ 5 V标准电压信号，变送器输出4 ~ 20 mA标准电流信号。因此，有必要设计电压-电流转换电路来将标准电流信号转换成电压信号。在该设计中，一个相对误差为0.1%的250 n高精度采样电阻与变送器串联，将电流信号转换成5 v的电压信号，然后由高阻抗差分放大电路减去1 V的基极电压，得到0-4 v的电压信号，该电压信号通过运算放大器放大1.25倍，最后得到0-5 v的标准电压信号，送单片机进行数据处理和显示。系统的整体结构框图如图1所示。传感器采集模块-差分放大，单片机，显示模块零点补偿模块-模块

图1系统总体结构框图

2.1传感器采集电路的设计

扩散硅输入类型液位变送器是一个电流变送器，它使用+24伏电源将测得的水深转换成4 ~ 20 mA的标准电流信号。在该设计中，使用精度为0.1%的250 n精密电阻作为电压-电流转换元件，以获得1 ~ 5 V的电压信号，供后续电路处理。其模块电路如图2所示。

2.2带零点补偿的差动放大电路为了获得0 ~ 5 V的标准电压信号，需要从传感器采集模块获得的1 ~ 5 V电压信号中减去1 V的基准电压，然后放大。因此，有必要设计一个提供1 V电压的零补偿电路。本设计采用电压细分技术，可以精确获得0.8 ~ 1.3 V之间的任意电压，既满足了系统要求，又减小了系统误差。在获得0 ~ 4 V的电压信号后，为了获得0 ~ 5 V的标准电压信号，需要将其放大1.25倍，以便单片机处理。在该设计中，电压跟随器用于将采集电路与放大电路隔离，以防止两个模块电路相互干扰。高阻抗差分放大电路具有差分通道的性能，不仅可以抑制共模信号引起的偏差，还可以在一定程度上抑制温度漂移。在两个运算放大器LM 324的反相输入端，用1kn固定电阻和2kn滑动变阻器代替2 k12固定电阻，可以精确调节放大系数，保证放大系数为1.25，减小系统误差。模块电路图如图3所示。

2.3单片机最小系统电路和显示电路本系统采用单片机作为数据处理的总控制器。STCl2C5A60S2本身具有一个10位模数转换器，完全可以满足该系统对转换精度的要求。

扩散硅变送器输出的电流信号经过处理后，最终转换成标准电压信号，送到单片机进行处理。经过一系列数据运算后，转换成4位十进制数据，由数码管SM4105显示。数码管由74ls 164驱动，采用虚拟I/o端口技术，通过12路数据总线向74ls 164传输数据，驱动数码管显示。

另外，扩散硅变送器需要+24 V电源，而单片机和显示模块需要+5 v电源。为了避免设备工作时多通道供电带来的不便，系统采用B2405S电压转换模块将+24V电压直接转换为+5 v电压供单片机使用，也使得设备的安装更加简单和陈旧。

3软件设计

软件部分初始化单片机和液位传感器，并对采集的电压进行处理，保留2位小数，然后对采集的电压进行模数转换，并对模数转换结果进行分段。通过对大量实验数据的分析可知，各段水深值Di@与模数转换结果Res均为线性关系，符合di @ =，res-6的形式，但不同段的Res值对应6的不同值。不同段的Res值经过不同的运算后，处理后的值最终保存在Di”中，并发送给显示模块显示。系统的软件流程如图4所示。

4实验结果

1)温度对扩散硅变送器的影响扩散硅变送器的工作温度为-20 ~ 60℃，变送器分别置于不同的水温下，测量变送器在不同深度下的输出电流，转换为测量深度，并与实际深度进行比较。获得的结果如表1所示。

表1温度对不同深度变送器的影响

对上表数据的分析表明，在扩散硅变送器的工作温度范围内，变送器的输出电流随着温度的升高而略有上升。当变送器的极限工作温度即将达到时，会有很大的变化。温度变化引起的最大温度漂移误差为0.07 ma/%,平均温度漂移误差为0.06 ma/%。因此，在变送器的工作温度范围内，温度对变送器测量精度的影响可以忽略不计。

2)扩散硅变送器测量液位的数据分析当双线扩散硅输入公式液位变送器用于水深测量时，根据变送器的工作原理，水深产生的实际压力等于测量压力减去水面大气压力产生的压力。

数据分析表明，该测试结果的最大偏差为0.04英寸，最大相对误差为2%，平均相对误差为0.775%。同时，从Matlab模拟比较的曲线可以看出，实际水深曲线与实测值基本吻合，个别数据偏差较大，但总体上仍能满足精度要求。根据上述实测实验数据，在Matlab中进行绘图，得到实际水深和水流的曲线，如图5所示。

图5同一坐标下的实际水深、实测值和水流曲线

结论

针对目前国内水位监控的不足，设计了一种基于扩散硅变送器的水位测量系统。通过对测量数据的分析，在工作温度范围内，扩散硅变送器的测量结果会随着温度的升高而略有增加，但温度漂移引起的误差相对较小，在可接受的范围内。水位测量也相对准确，完全满足船闸水位监测的精度。在船闸水位监测领域具有良好的应用前景。

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