专利名称：高精度远传测控一体化液位计的制作方法
技术领域：
本实用新型属于一种高精度远传测控一体化液位计，主要用于对液位(如水位、油位等)需高精度测量、远传、显示及控制的场所。本实用新型相对现有的各种液位计，具有测量精度高、远传误差小、模拟数字双重显示、控制准确可靠等多种优点。
现有液位计如电容式、接点式水位计等由于受其测量原理及测控器件的限制，难于做到高精度和准确控制，如电容式水位计，敏感元件是电容，理想情况下，电容量与液位成严格的比率对应关系，但是由于液体中杂质含量、离子浓度等电特性参数受诸多因素影响产生随机变化，从而引起测量误差，加之，敏感元件本身的电容性使测量回路体现出复阻抗特性，当测量部分基准频率发生变化时，电容器呈现的阻抗亦随之变化，导致测量误差。此外，电容器存在固有的介后吸附效应带来的积分漂移也是不容忽视的误差来源。现场调查资料表明，有些电容式水位计误差高达1米甚至数米。再说接点式水位计，由于其结构简单，曾一度广泛用于水位测量，但这种液位计敏感器件是浮子加干簧接点，因此，其分辩率不可能做得很好。而且，当浮子处于临界受控液面时，干簧接点会随水位波动而出现反复导通现象，造成水泵非正常频繁启动，据统计资料表明，不少泵房电机烧坏与使用此种接点式水位计有关。
此外，由于液位计主要应用于水塔、蓄水池、贮油罐等这些占地面积较大的物体，它们离中央控制室一般较远，即测量的液位信号需进行远距离传送，现有数据传送方式无外乎有线、无线两种，前者安全性好，抗干扰能力强，但需架线，比较麻烦，后者虽无须架线，但抗干扰能力很差，因此，在需要准确传送数据情况下，大多数采用有线方式，但是随着社会发展，电气化越来越普及，如我国铁路电气化率已达50％以上，加上其它大型供电电网，使空间各种电磁干扰日益严重。例如，在我国某重要铁路枢纽的供水系统中，某型水位监控系统与中央控制室之间的距离仅有500米左右，这样的通讯距离如果在一般的工业环境下，使用传统的水位计即可解决问题，但是出乎意料的是，这些其它工业环境下已经证明运行十分稳定的水位计，在铁路行业的工作环境下，无论使用有线或无线方式传输数据，其误码率都高达40％，不仅造成系统紊乱，重要的是使得供水作业秩序遭到严重破坏。同时，还伴随着有供水设备频繁启动以及烧毁供水设备等现象发生。
在现有液位计的显示技术方面，不论是市场上流通的液位计，还是铁路行业已装备的液位计，大多数采用单项显示技术，即要么是单一的数字显示，要么是单一的模拟显示。因这两种显示技术的视觉效果各有长短，总给人留下美中不足之感。
对于模拟显示技术，其突出优点是指示直观，变化趋势明显。它的缺点有以下诸多方面。
一是视在误差，观察结果随观察者与指示器之间的相对位置变化而变化。
二是分辩率很低，对于一个满量程为5米的水位计，如果要分辩率达到厘米，以0.5mm一条刻线，就需要占用250mm长的显示面板空间，这显然是不可能的事情。
三是以指针式显示的仪表存在机械传递环节，易产生迟滞，指示悬挂，指针抖动等诸多故障。
对于数字显示技术而言，其突出优点是判读精确，视觉效果好，观察者一眼即可读出显示结果，不存在视在误差，突出缺点是变化趋势不明显，尤其是观察距离较远对数字产生视觉模糊时，更不易判断出变化趋势。
为解决以上问题，尤其是进一步提高液位测量的精度，解决在强电磁干扰下液位信号正确远距离传输和水泵等控制设备的非正常频繁启动问题，我们进行了大量市场调研并查阅了近十年有关液位计的专利300多条，如专利号97207886数显液位计，94248466光电远传玻璃管液位计，但都未发现能全面有效解决以上问题的液位计，致使目前国内不少场合仍使用传统的液位计，常给整个系统作业和设备造成不必要的损失。
本实用新型的目的就是提供一种高精度远传测控一体化液位计，由高精度硅阻式液深型传感器，液位信号变送器，液位信号接收器组成，液位信号变送器由液位信号放大电路A，缓冲放大电路B，精密V/F变换电路C及液位信号远传发送电路D及电源电路E组成；液位信号接收器由远传液位信号接收电路F，基准时钟源电路G，数字、模拟双显及上下限水位设定电路H，上下限水位指示控制电路I及电源电路J组成，两者之间经由普通双绞线连接。
液位信号变送器中液位信号放大电路A由运放A101、A102、A103及电阻R101-R109，电位计W101，W102组成一差动电压放大电路，其中W101接在A101的1、8脚之间，中点接7脚，W102接在运放A103的1、8脚之间，中点接7脚，电阻R107、R108、R109接在A103“+”端输入(3脚)与电源地之间；缓冲放大电路B由运放A104、电阻R110-R118，电位计W103、W104、W105及电容C101、C102组成，其中W104接在运放A104的1、8脚之间，中点接7脚，电阻R110、R111和电位计W103接在-15V和电源地之间，电阻R116、R117、电位计W105接在运放A104的输入“-”端(2脚)和输出(6脚)之间；R110、R111连接点处的电压信号经R112加在A104的反相输入端。用以消除液信号的零位误差，精密V/F变换电路C由运算放大器A105、A106及电阻R119-R125、R130、电容C103、C104、C105、电位计W106、W107、WMAX、WAIN、二极管D102、D103、D104、D106、D107、D101、稳压管D105组成，其中A105、C104、C105、C103、R119、R120、W106组成V/F变换的第一级积分器，A106、R124、R125、D102、D107、W107组成V/F变换的第二级具有方向性的基型迟滞比较器，二极管D101为复位模拟开关，W106、W107分别接在A105、A106的1、5脚之间，中点接4脚，A105的输入“-”端(2脚)通过电阻R130、R121、WMAX与A106的输入“-”端(2脚)相连，A105的输出端(6脚)通过电位计WAIN、R122与A106的输入“+”端(3脚)相连。
运传发送电路D由双运放A107及电阻R126-R129组成，其中A107A工作于比较器方式，其输入“-”端(2脚)有一电阻R126、R127组成的分压回路为其提供门限电压，R128为输入电阻，R129为反馈电阻，A107B工作于跟随器方式，输出端(7脚)与输入“-”端(6脚)短接。
液位信号接收器中，信号接收电路F由电容C201、电阻R201、运放A201及反馈电阻R202组成，其中C201、R201组成微分隔直流电路，运放A201的5、6脚短接，1、4脚接地组成一过零开关电路。
基准时钟源电路G由六施密触发器U208、计数器U206、U207、晶振JZ2及电阻R203、R204、电容C202、C203组成，其中U208D、R203、C202、C203和晶振JZ2构成32.768KHZ频率发生器经U208E反相后送入U206的CLK端，经U206分频后，从Q6端输出计数器扫描脉冲CLK2，从Q11端送入U207的CLK端再分频后从其Q0端经U208A、U208B反相驱动后为数字计数器提供“计数/禁止”脉冲CLK3。数字、模拟双显及上下限液位设定电路H中四位数字显示由四级异步级连计数器U201、U202、U203、U204及对应的数码管LED1、LED2、LED3、LED4组成，数码管LED1-LED4动态扫描驱动由计数器U205、电阻R216、R217、R218、R219、三级管N201、N202、N203、N204提供，双单稳态触发器U209A，U209B及电阻R206、R207电容C204、C205组成单稳态触发电路，为数字显示提供锁存，清零等逻辑控制脉冲；本电路中模拟显示采用矩阵形式，由7个同步级连计数器U201-U206及对应的27对发光二级管D201A-D，D202A、D202B……D224A、D224B、D225A-D组成，模拟计数脉冲CLK5由数字计数脉冲CLK4经计数器U218进行两级分频后得到，模拟计数的清零脉冲由数字计数的清零脉冲经U217C反相后得到；本电路的上下限水位设定由上下限控制选择端子ZOUT1、ZOUT2完成，并分别经反相器U217A、U217B反相驱动后送上下限水位控制电路，上下限水位指示及控制电路I的下限水位指示由单稳态触发器U219A、电阻R211、R212，电容C207，三极管N207和发光二极管D226组成，上限水位指示由单稳态触发器U219B，电阻R217，电容C208，电阻R213、三级管N208及发光二极管D227组成，电阻R214、R215、三极管N209，可控硅SCR，继电器JD组成，稳压管D229、电阻R216，发光二管D228组成设备运行状态指示电路。
接以上技术路线制作的高精度远传测控一体化液位计具有以下优点一、测量精度高1、本实用新型使用大量程(1-200米)、高精度(1％-0.1％)、高分辩率(厘米毫米)的硅阻式液深型传感器，加上精心设计的高稳定3V电压供电，保证了液位测量的高精度和高稳定性。
2、液位信号发送器就近把液位信号进行放大，缓冲，加上精密的V/F变换(精度高达0.02％)，这种模拟液位信号就近数字化技术，为液位信号精确远传提供了基本保证。
二、抗干扰能力强特殊设计的液位数字信号远传发送，接收电路，有效解决了在强电磁干扰下液位信号远传问题，本实用新型在传送液位信号时具备以下优点1、对传输导线不作过高要求，即便是线径只有0.1毫米的普通双绞线也能保证在10km距离内真实可靠地完成数据传递，误码率基本可忽略。
2、允许两根数据传输导线无限长时间短路。一旦短路现象消失，立即恢复正常的数据传输工作，机器不会烧毁。
3、具有良好的抗干扰特性。例如，在国内某铁路枢纽的供水工程中，由于多方面的原因，一开始使用国内某名牌无线式水位计，但每当有电力机车通过时，其附加误差高达25-46％，造成供水设备频繁启、停和供水秩序紊乱。
确认无线水位计不适用之后，又改用该名牌的有线水位计，结果与使用该名牌的无线水位计现象基本类似。前后不到一个月时间，即烧毁了一台高压水泵，配电柜的接触器触点也出现粘连现象。
在前述两种类型的水位计均不能满足供水要求的情况下，最终改用本实用新型液位计，结果表明，使用本液位计完全可以满足铁路沿线强烈电磁干扰情况下对水位监控需要。到目前为止，该型液位计在铁路沿线已经装备有近20套，其中运行时间长者达3年以上，时间短者将近1年，其数据传输距离近者数百米，远者达10公里，均能表现出“基本不存在误码率、指示稳定、水位控制准确无误、温度漂移小等”良好的综合特性。
三、采用数字模拟双重显示技术，使其两者优势互补，达到了显示既直观、又精确的相对完美的显示效果。
四、利用严谨的逻辑判断技术，实现对水位的控制。这不仅使得对水位的控制操作准确无误，而且解决了大多数水位计所存在的“在临界水位附近频繁启停供水设备”的问题，保护了供水设备。
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
附
图1本实用新型外观结构示意图；附图2本实用新型现场工作连线示意图；附图3本实用新型液位信号变送器电路原理图；附图4本实用新型液位信号接收电路F和基准时钟源电路G的原理图；附图5本实用新型液位信号数字、模拟双显及上下限液位设定电路H的原理图；附图6本实用新型上下限液位指示及控制电路I和接收器电源电路J的原理图。
实施例1，某铁路供水工程蓄水池用高精度远传测控一体化液位计。
在国内某重要铁路枢纽的供水工程中，蓄水池与中央控制室相距10KM之远，蓄水池位置处于电力机车的整备作业区内，且蓄水池的上方有35KV的高压架空线，在强电磁场的干扰下，致使原来的液位监控系统的误差在±10-46.2％之间频繁变化，控制水泵非正常频繁启动，不仅破坏了铁路枢纽正常的供水秩序，而且造成被控设备的非正常减寿甚至烧坏。
针对以上问题研制的高精度远传测控一体化液位计，由两大部件组成，一是位于蓄水池附近的液位信号变送器，二是位于中央控制室的液位信号接收器，两者之间通过普通双绞线连接，附图1显示了该液位计两大部件的外观结构示意图，其中左上图为该液位计液位信号变送器的外观三维视图，左下图为其俯视图，右上图为本液位计液位信号接收器的外观三维视图，右下图为其后视图，左图中1为液位信号发送器外壳，2为液位信号输入、输出五芯电缆插座，3为液位信号发送器的电源三芯电缆插座，右图中4为液位信号接收器外壳，5为液位下限指示灯，6为液位上限指示灯，7为供水设备工作指示灯，8为右模拟液位显示柱，9为四位数字液位显示，10为左模似液位显示柱，11为液位接收器后视板上有14个接线柱的接线板，后面板上清晰的标明了每个接线柱的作用。
附图2显示了两大部件在实际工作中的连接示意图，图中1为液位信号变送器，4为液位信号接收器，12为远传液位信号的普通双绞线，13为蓄水池，14为高精度硅阻式液深型传感器，15为液位传感器与液位变送器之间的特殊中空屏蔽电缆，16为给蓄水池供水的地下水管，17为给蓄水池抽水供应的水泵，18为水泵与液位信号接收器之间的连接电缆，19为液位信号接收器的220V交流电源插头，20为液位信号变送器的220V交流电源插头。
本实用新型工作过程如下硅阻式液位传感器不断敏感蓄水池中水位高低并通过电缆15送入液位信号变送器1，该变送器就地将硅阻式液位传感器敏感的微弱电压差信号放大、缓冲、V/F变换成可以进行远传的10KHZ的数字式频率信号，送入远传发送器，通过普通双绞线远传至位于中央控制室的液位信号接受器4，接收器接收此信号后，一方面进行数字，模拟显示，使中央控制室的工作人员随时可直观精确的观测在10km以外的现场液位变化，另一方面监控着液位的正常范围。一旦液位高于上限值，液位信号接收器面板上的上限指示灯亮，液位信号接收器4中的继电JD通电动作，通过电缆18控制水泵断开，停止给蓄水池进水，同时设备运行指示灯灭，表示水泵已停止工作；当水位因供水作业而不断下降至低于下限值时，液位信号接收器面板上的下限指示灯亮，继电器JD掉电，控制水泵电源再次接通，同时，面板上设备运行指示灯重又点亮，表明水泵正在工作，如此反复，不仅保持了液位在上下限之间的基本恒定，而且避免了水泵电机的非正常频繁启动。
附图3给出了液位信号变送器的电路原理图，从图中可以看出它由液位信号放大电路A，缓冲放大电路B，精密V/F变换电路C和液位信号远传发送电路D及电源电路E组成。
液位信号变送器通过电缆接收液位传感器来的液位信号，该信号是只有mv级且携带有较大共模干扰的微弱电压差信号，因此，变送器第一级放大电路A采用差动数据放大电路，由运放A101、A102、A103及电阻R101-R109，电位计W101、W102组成，其中W101用以调节A101固有的失调电压，保证A101与A102的对称性，进而提高数据放大器的长期稳定性。R107、R108、R109用以调节数据放大器的共模抑制比。实测表明，该数据放大器的共模抑制比达110db，从而保证了良好的共模抑制特性和抗干扰特性。
第二级缓冲放大电路B由运放A104及电阻R110-R118电位计W103、W104、W105、电容C101、C102组成，主要作用是对数据放大电路A送来的信号进行进一步放大以满足下一级接口的要求。
其中W104用于调整A104固有的失调电压，确保缓冲放大器的运算精度，由R110、R111、W103组成的调零回路，用于消除液位传感器的零位偏差，即当液位等于零时，通过调节W103使缓冲放大器的输出为零，W105用以调节缓冲放大器的放大倍数。
精密V/F变换电路C是本实用新型又一关键环节，其作用是将缓冲放大器送来的模拟电压信号按严格对应关系转换成频率数字信号输出，为实现液位信号远传作好充分准备，因为V/F转换精度高低将直接影响整个系统的综合精度，为此，我们利用高速运算放大器(TL081)按电荷平衡原理，设计出非线性误差低于0.02％总精度达0.04％的V/F变换电路C，本电路由运算放大器A105(TL081)、A106(TL081)及电阻R119-R125、R130、电容C103、C104、C105，电位计W106、W107、WMAX、WAIN、二极管D102-D107(其中D105为稳压二极管)组成。
其中，A105、C103、C104、C105、R119、R120、W106组成V/F交换的第一级积分器，A106、R124、R125、D102-D107、W107组成V/F变换的第二级具有方向性的基型迟滞比较器，二级管D101为复位模拟开关，W106、W107分别接在A105、A106的1、5脚之间，中点接4脚，用以调节A105、A106的固有失调电压。A105输出端(6脚)与A106输入“+”端(3脚)间接电阻R112和电位计WMIN用以调节V/F转换精度。
A105输入“-”端(2脚)通过电阻R130、R121、WMAX与A106的输入“-”端(2脚)相连，WMAX用以调节V/F转换器的转换系数。
远传发送电路D由双运放集成块A107(LF353)电阻R126-R129组成。
当V/F转换器把模拟信号按严格的对应关系转换为频率信号以后，由于其输出的仅仅为CMOS电平，难以实现远传的目的。远传发送器的作用就是把CMOS电平的液位信号在保证原对应关系的前提下，对其进行必须的物理变换，使液位信号的远传成为一种可能。
远传发送器中A107A工作于比较器方式，R126、R127组成分压回路，为A107A的第2脚提供门限电压，实测证明，当A107A的门限电压达到输入CMOS电平的二分之一时，A107A具有良好的输出特性。保证把输入的CMOS电平脉冲，变换为接近A107A最大输出幅值的双向脉冲输出。
A107B工作于跟随器状态，对A107A输出的双向脉冲进行隔离驱动，当A107B具备恒流输出特性时，其输出脉冲即为具有恒流输出特性的频率(数字量)信号。
这样一来，该远传发送器综合利用了数字量的抗干扰特性和恒流源的远传特性，从而保证该远传发送器所特有的抗强烈电磁干扰和远距离传输液位信号等优良的特性指标。
变送器电源电路E为一般直流稳压电路，交流220V经变压器B1、整流桥QL1、和滤波电容C106-C108滤波后送入稳压集成块IC001(7815)，IC002(7915)再经C110、C111滤波后为变送器各级提供±15V工作电压，同时+15V还经稳压集成块IC003(LM317)，电阻R131-R135为硅阻式液深型传感器提供高精度3V±50PPM电压基准，从而，从电源上进一步保证了液位测量的高精度。
附图4、5、6给出了液位信号接收器中各部分电路原理图，下面分别叙述。
附图4为远传液位信号接收电路F和基准时钟源电路G的原理图，由于液位信号远传发送器发送的液位信号，经过远距离传递以后，尤其是在经过有强烈电磁干扰的铁路沿线环境时，将必然地串入共模干扰信号以及其它干扰脉冲。同时，由于远传发送器具有一定程度的非理想恒流特性，所以这些信号经过远距离传输后，必然造成波形畸变，用示波器在远传接收器的输入口观察这些波形已经证明了这一点。
远传液位信号接收电路F的基本作用就是把液位信号进行真实还原，满足下一级接口需要，它由两级组成1、微分(隔直流)负载衰减器。
微分负载衰减器由C201、R201组成，正是利用“由C201、R201”所组成的微分负载衰减器的隔直流特性来滤除共模干扰信号和干扰尖峰脉冲，最终在R201上得到有用的交变数字脉冲。
2、过零开关。由运放A201(LM311)及电阻R202组成。
经过“微分负载衰减器”的衰减以后，虽然恢复为交变脉冲，但其幅值和驱动能力已经变得比较小，难以满足标准接口逻辑电平(CMOS)的需要，A201的作用即是把微分负载衰减器输出的交变数字量脉冲，还原为符合接口逻辑电平要求的数字脉冲(CLK1)。该脉冲即为真实的与被测液位严格对应的水位脉冲。
基准时钟源电路G的作用是为模拟、数字两个计数器提供标准时钟。由六施密特触发器/反相器集成电路U208(40109)及计数分频器U206(4017)、U207(4107)组成，其中U208D、R203、JZ2、C202、C203构成32768HZ的频率发生器，其输出频率通过U208E反相驱动后再进入U206进行分频，然后在U206的Q6输出数字计数器的动态扫描脉冲CLK2。
同时，U206的Q11端还向U207的CLK端输出一个时钟脉冲，该脉冲经U207分频后，通过U207的Q0端输出，经U208A、U208B向数字计数器提供所需的“计数/禁止”脉冲信号CLK3。
附图5为数字、模拟双显及上下限水位设定电路H，本实用新型针对前述的数字、模拟显示技术的优缺点，采用了数字加模拟的双重显示技术，使两种显示技术优势互补，达到相对完美的显示效果。
其中，数字显示电路由四级异步级连计数器U201、U202、U203、U204(均为40110)以及相应的数码管LED1、LED2、LED3、LED4组成数字显示器的计数显示部分；计数器U205(4017)、三极管N201、N202、N203、N204、电阻R216、R217、R218、R219为LED1、LED2、LED3、LED4提供动态扫瞄驱动，以降低显示器功耗，双单稳态触发器，U209A，U209B(4098)及电阻206、R207、电容C204、C205组成两个单稳态触发电路为数字显示提供锁存、消零等逻辑控制脉冲，以保证数字显示器按指定的方式准确计数。
模似显示电路，没有采用陈旧的指针式模拟显示技术，而是采用目前流行的矩阵显示技术，观察者可以很轻易地一眼就判读出液位变化的趋势，尤其是在能见度不良，指针式仪表不易判读的条件下，矩阵显示效果更为清晰。
模拟显示器由七个同步级连计数器(均为74LS175)U10、U211……U216以及对应的27对发光二极管L201A、L20B、L201C、L201D、L202A、L202B……、L224A、L224B、L225A、L225B、L225C、L225D；电阻R208、三极管N205、电阻R209、三极管N206等组成。
模拟显示计数器根据数字计数器提供的计数脉冲经U218进行2级分频后得到模拟计数脉冲CLK5，该脉冲进入由U210-U216组成的同步级连计数器的CLK输入端。
该级连计数器的基本结构特点是“每输入一个脉冲，必定有一个输出的逻辑状态发生对应变化，进而控制模似显示器矩阵中一个对应的发光二极管燃亮，从而指示出水位的高低。为使上下限水位显示清晰，使用了四个发光二极管指示水位的上下限，三极管N205、N206及限流电阻R208、R209是为增加驱动能力而设置的。
模拟级连计数器清零脉冲CLR由数字计数器的清零脉冲RST经反相器U217C反相后得到，它保证模拟计数器与数字计数器同步清零，防止计数”阻塞“。
上下限水位设定由上下限控制选择端子ZOUT1、ZOUT2及向相器U217B，U217A实现(U217为六施密特触发器/反相器40109)。
因为模拟显示计数器各输出端代表了液位高度，所以可以利用这一特点来实现控制供水设备的启、停。
经上下限选择端子选定的上下限液位控制脉冲，分别经U217A，U217B进行反相驱动后，保证满足下一级相位和驱动能力的需要。
附图6为上下限水位控制电路I和液位信号接收器电源电路J的原理图。上下限水位控制电路由双单稳态触发器U219(4098)及外围电路组成。其中U219A、R211、R212、电容C207发光二极管，D226三极管N207组成下限水位指示。U219B、电阻R217、电容C208、电阻R213、三极管N208及发光二极管D227组成上限水位控制及指示，其中U219A，U219B均设计为上升沿触发方式。
电阻R214、R215、三极管N209，可控硅SCR、继电器JD组成上下限水位控制电路。当被控水位达到设定的下限值时，在U209A的“TR+”端被下限水位脉冲触发而翻转，从而在其Q端输出一个高电平，该高电平有以下两个作用。
第一，经R212限流后令三极管N207导通，燃亮下限水位指示灯D226接收器面板上指示灯5，指示被控液位已经到达下限水位；第二，经R204限流后令三极管N209导通，接通可控硅SCR的主回路，为上限水位到来时触发可控硅，提供电气回路。
此时可控硅SCR处于待导通状态，但并未导通，Vcc通过JD线图，稳压管D229，限流电阻R216，使指示设备处于运行状态的发光二极管D228点亮(接收器面板上指示灯7)，表示水泵电机正在工作，水位会不断上升。
当被控水位达到设定的上限值时，一方面经R213的限流作用令N208导通，燃亮上限水位指示灯D227(接收器面板上指示灯6)。
同时，U219B的“TR+”端被上限水位脉冲触发而翻转，从而在其“Q”端输出一个低电平，由于在上限水位脉冲到来以前N209已经处于可靠的导通状态，所以该低电平可以确保可控硅SCR导通。
可控硅导通后，令继电器JD的长闭触点JD-1断开，断开水泵，停止向蓄水池供水，蓄水池的水位停止上升。同时D228因无足够的驱动电流而熄灭，表示水泵电机停止工作，水位不会再上升。
由于可控硅有良好的记忆特性，所以一旦被上限水位信号触发导通，那么在水位返回下限水位(即由于实际水位低于设定的被控水位而令N209截至)以前，即便实际水位低于上限水位，仍能保证JD处于闭合状态，从而保证不会开泵，也就避免了在设定的上限临界水位上频繁启停水泵的现象发生。
同理，在设定的下限临界水位上，由于没有上限水位脉冲触发可控硅，所以尽管下限水位脉冲会令N209导通，但也不会令继电器JD闭合，从而保证当实际水位在设定的下限水位过渡时，不会出现频繁启停水泵的现象发生。
图中的R210、C206组成的RC积分回路，保证在系统上电后的一定时间内对U219A和U219B实施清零操作，防止由于系统在上电时刻所存在的固有扰动因素而诱发频繁启停水泵的现象发生。
水位控制输出由继电器JD的一对常闭触点JD-1，JD-2串接于水泵接触器的回路中，水位计上电并完成清零操作以后，只要实际水位处于设定的上限水位以下，就保证接通水泵的接触器令水泵进行供水，只有当实际水位第一次达到设定的上限水位以后，才断开水泵。
在上电后的第一次断开水泵以后到下一次上电前的时间内，始终保证两个工作特点第一，在水位下降过程中，只要出现实际水位低于设定的下限水位，立即接通水泵进行供水，并一直把水位上升到设定的上限水位时才断开水泵。
第二，在水位上升过程中，一旦实际水位达到设定的上限水位而断开水泵，那么只有当实际水位下降到设定的下限水位时，才能接通水泵。
正是有这两个特点保证，所以不仅避免了频繁启停水泵的现象出现，也保证了水泵以间歇方式进行工作，这对于延长水泵寿命无疑是一种有利因素。
液位信号接收器电源电路J由变压器B2、整流桥QL2和电容C209、C210、C211组成，220V交流电经B2变压，QL2整流，C209、C210滤波送稳压集成块IC004(7805)，再经C211滤波为液位信号接收器提供+5V电源Vcc。
权利要求1.一种高精度远传测控一体化液位计，由高精度硅阻式液深型传感器，液位信号变送器，液位信号接收器组成，其特征在于，液位信号变送器由液位信号放大电路A，缓冲放大电路B，精密V/F变换电路C及液位信号远传发送电路D及电源电路E组成；液位信号接收器由远传液位信号接收电路F，基准时钟源电路G，数字、模拟双显及上下限水位设定电路H，上下限水位指示控制电路I及电源电路J组成，两者之间经由普通双绞线连接。
2.如权利要求1所述的高精度远传测控一体化液位计，其特征在于液位信号变送器中液位信号放大电路A由运放A101、A102、A103及电阻R101-R109，电位计W101，W102组成一差动电压放大电路，其中W101接在A101的1、8脚之间，中点接7脚，W102接在运放A103的1、8脚之间，中点接7脚，电阻R107、R108、R109接在A103“+”端输入(3脚)与电源地之间；缓冲放大电路B由运放A104、电阻R110-R118，电位计W103、W104、W105及电容C101、C102组成，其中W104接在运放A104的1、8脚之间，中点接7脚，电阻R110、R111和电位计W103接在-15V和电源地之间，电阻R116、R117、电位计W105接在运放A104的输入“-”端(2脚)和输出(6脚)之间；精密V/F变换电路C由运算放大器A105、A106及电阻R119-R125、R130、电容C103、C104、C105、电位计W106、W107、WMAX、WAIN、二极管D102、D103、D104、D106、D107、D101、稳压管D105组成，其中A105、、C104、C105、C103、R119、R120、W106组成V/F变换的第一级积分器，A106、R124、R125、D102-D107、W107组成V/F变换的第二级具有方向性的基型迟滞比较器，二极管D101为复位模拟开关，W106、W107分别接在A105、A106的1、5脚之间，中点接4脚，A105的输入“-”端(2脚)通过电阻R130、R121、WMAX与A106的输入“-”端(2脚)相连，A105的输出端(6脚)通过电位计WAIN、R122与A106的输入“+”端(3脚)相连。远传发送电路D由双运放A107及电阻R126-R129组成，其中A107A工作于比较器方式，其输入“-”端(2脚)有一电阻R126、R127组成的分压回路为其提供门限电压，R128为输入电阻，R129为反馈电阻，A107B工作于跟随器方式，输出端(7脚)与输入“-”端(6脚)短接。
3.如权利要求1所述的高精度远传测控一体化液位计，其特征在于，液位信号接收器中，信号接收电路F由电容C201、电阻R201、运放A201及反馈电阻R202组成，其中C201、R201组成微分隔直流电路，运放A201的5、6脚短接，1、4脚接地组成一过零开关电路。基准时钟源电路G由六施密转触发器反相器U208、计数器U206、U207、晶振JZ2及电阻R203、R204、电容C202、C203组成，其中U208D、R203、C202、C203和晶振JZ2构成32.768KHZ频率发生器经U208E反相后送入U206的CLK端，经U206分频后，从Q6端输出计数器扫描脉冲CLK2，从Q11端送入U207的CLK端再分频后从其Q0端经U208B为数字计数器提供“计数/禁止”脉冲CLK3。数字、模拟双显及上下限液位设定电路H中四位数字显示由四级异步级连计数器U201、U202、U203、U204及对应的数码管LED1、LED2、LED3、LED4组成，数码管LED1-LED4动态扫描驱动由计数器U205、电阻R216、R217、R218、R219、三级管N201、N202、N203、N204提供，双单稳态触发器U209A，U209B及电阻R206、R207电容C204、C205组成单稳态触发电路，为数字显示提供锁存，清零等逻辑控制脉冲；本电路中模拟显示采用矩阵形式，由7个同步级连计数器U201-U206及对应的27对发光二级管D201A-D，D202A、D202B……D224A、D224B、D225A-D组成，模拟计数脉冲CLK5由数字计数脉冲CLK4经计数器U218进行两级分频后得到，模拟计数的清零脉冲由数字计数的清零脉冲经U217C反相后得到；本电路的上下限水位设定由上下限控制选择端子ZOUT1、ZOUT2完成，并分别经反相器U217A、U217B反相驱动后送到上下限水位指示及控制电路，上下限水位指示及控制电路I的下限水位指示由单稳态触发器U219A、电阻R211、R212，电容C207，三极管N207和发光二极管D226组成，上限水位指示由单稳态触发器U219B，电阻R217，电容C208，电阻R213、三级管N208及发光二极管D227组成，电阻R214、R215、三极管N209，可控硅SCR，继电器JD组成，稳压管D229、电阻R216，发光二管D228组成设备运行状态指示电路。
专利摘要一种高精度远传测控一体化液位计,由高精度硅阻式液深型传感器,液位信号变送器,液位信号接收器组成,该液位计由于采用了高精度液位敏感元件,就近将液位信号放大转换成数字量输出,特殊设计的数字信号远传发送、接收电路,加上模拟数字双重显示等先进技术,使本实用新型具有测量精度高,抗干扰能力强,远传距离大,误差小,显示直观精确,控制安全可靠等多种优点,可广泛用于需对液位进行精确测量、远传、显示及控制的场所,尤其适用于有强烈电磁干扰的环境。
文档编号G01F23/22GK2388591SQ9921756
公开日2000年7月19日 申请日期1999年8月5日 优先权日1999年8月5日
发明者范潇芳, 史宪书, 刘强 申请人:郑州铁路分局郑州水电段