本文基于擴散硅輸入式輸入類型液位變送器的水位測量系統設計資料由優質變送器生產報價廠家為您提供。

過去，我國水位監測和控制主要采用浮子式水位計、壓力式水位計、超聲波水位計等技術，存在讀數波動大、實時性差、投入成本高等缺點。基于擴散硅輸入公式液位變送器，設計了外圍硬件電路和軟件，并進行了水位測量實驗。實驗結果表明，所設計的擴散硅輸入型液位變送器測量電路工作可靠，溫度引起的最大溫度漂移為0.07 ma/%,液位測量誤差小于0.04 in，精度高。該設計能實時監測水位變化，動態顯示數據，不受實測數據的底淤等因素影響。

介紹

水位監測在船閘、碼頭、水庫、水文站等場合起著至關重要的作用。目前，我國主要使用浮子式水位計、壓力式水位計和超聲波水位計作為測量工具。然而，浮子式水位計受水底沉積的影響很大，不能實時傳輸數據。它還需要定期手動維護，這既費時又費力。壓力水位計容易受到溫度和水流的影響，導致讀數不穩定。超聲波水位計可以實時傳輸數據，但輸入成本較高，安裝麻煩，而且受傳輸介質的影響很大。擴散硅輸入式輸入式液位變送器可以克服上述缺點，直接輸入到待測液體中進行測量，不受水下沉積的影響，可以進行實時數據傳輸，制造成本低，使用方便。然而，目前擴散硅輸入液位傳輸在我國還沒有得到廣泛應用，技術還不成熟，需要進一步探索和研究。1dz.h擴散硅輸入類型液位變送器工作原理擴散硅輸入類型液位變送器是一種能直接將水位轉換成標準電信號供二次儀表使用的裝置。安裝方便，結構簡單，經濟耐用，能實時監測水位變化。它可廣泛應用于水位監測、污水處理、高層池塘、水文地質等江河、航道船閘場所。

擴散硅輸入液位變送器可直接放入被測介質中進行測量。與其他傳感器相比，它使用起來更加方便快捷。被測介質的壓力直接作用在傳感器的膜片(不銹鋼或陶瓷)上，使膜片產生與介質壓力成比例的微位移，因此傳感器的等效電阻值R變為R’，根據擴散硅的特性，可稱為R’= 1/(dl)。d2 .p .式(1)中的s、d是擴散硅的壓阻特性系數；D2是擴散硅應力和位移的線性比例系數。p是傳感器所在介質位置的壓力；s是傳感器隔膜的面積。

當輸入類型液位變送器被放入被測液體時，傳感器上的壓力為p = p. g .(2)其中p是待測液體的密度；g是局部重力加速度；p .大氣壓是否高于液面；一天是發射器放入液體的深度。

擴散硅輸入公式液位變送器采用+24V DC電源，并根據伏安特性，= E/(R'+R)，(3)其中E為電源電壓；r是壓縮后傳感器的電阻值；R為250 n采樣電阻，R為“R”，忽略R的大小，e/r為“R”。(4)通式(1)，通式(2)，通式(4)可得，= e. dl .d2 .雙p. g .(5)從方程(5)可以看出，液體的深度日與測量電流成線性關系，傳感器輸出4 ~ 20 mA的標準電流信號。然而，由于空氣大氣壓p的存在，4mA的偏置電流被帶到輸出信號，這可以通過硬件方法來校正。

2系統結構設計

在本設計中，采用單片機作為控制器對采集的數據進行處理。單片機可采集0 ~ 5 V標準電壓信號，變送器輸出4 ~ 20 mA標準電流信號。因此，有必要設計電壓-電流轉換電路來將標準電流信號轉換成電壓信號。在該設計中，一個相對誤差為0.1%的250 n高精度采樣電阻與變送器串聯，將電流信號轉換成5 v的電壓信號，然后由高阻抗差分放大電路減去1 V的基極電壓，得到0-4 v的電壓信號，該電壓信號通過運算放大器放大1.25倍，最后得到0-5 v的標準電壓信號，送單片機進行數據處理和顯示。系統的整體結構框圖如圖1所示。傳感器采集模塊-差分放大，單片機，顯示模塊零點補償模塊-模塊

圖1系統總體結構框圖

2.1傳感器采集電路的設計

擴散硅輸入類型液位變送器是一個電流變送器，它使用+24伏電源將測得的水深轉換成4 ~ 20 mA的標準電流信號。在該設計中，使用精度為0.1%的250 n精密電阻作為電壓-電流轉換元件，以獲得1 ~ 5 V的電壓信號，供后續電路處理。其模塊電路如圖2所示。

2.2帶零點補償的差動放大電路為了獲得0 ~ 5 V的標準電壓信號，需要從傳感器采集模塊獲得的1 ~ 5 V電壓信號中減去1 V的基準電壓，然后放大。因此，有必要設計一個提供1 V電壓的零補償電路。本設計采用電壓細分技術，可以精確獲得0.8 ~ 1.3 V之間的任意電壓，既滿足了系統要求，又減小了系統誤差。在獲得0 ~ 4 V的電壓信號后，為了獲得0 ~ 5 V的標準電壓信號，需要將其放大1.25倍，以便單片機處理。在該設計中，電壓跟隨器用于將采集電路與放大電路隔離，以防止兩個模塊電路相互干擾。高阻抗差分放大電路具有差分通道的性能，不僅可以抑制共模信號引起的偏差，還可以在一定程度上抑制溫度漂移。在兩個運算放大器LM 324的反相輸入端，用1kn固定電阻和2kn滑動變阻器代替2 k12固定電阻，可以精確調節放大系數，保證放大系數為1.25，減小系統誤差。模塊電路圖如圖3所示。

2.3單片機最小系統電路和顯示電路本系統采用單片機作為數據處理的總控制器。STCl2C5A60S2本身具有一個10位模數轉換器，完全可以滿足該系統對轉換精度的要求。

擴散硅變送器輸出的電流信號經過處理后，最終轉換成標準電壓信號，送到單片機進行處理。經過一系列數據運算后，轉換成4位十進制數據，由數碼管SM4105顯示。數碼管由74ls 164驅動，采用虛擬I/o端口技術，通過12路數據總線向74ls 164傳輸數據，驅動數碼管顯示。

另外，擴散硅變送器需要+24 V電源，而單片機和顯示模塊需要+5 v電源。為了避免設備工作時多通道供電帶來的不便，系統采用B2405S電壓轉換模塊將+24V電壓直接轉換為+5 v電壓供單片機使用，也使得設備的安裝更加簡單和陳舊。

3軟件設計

軟件部分初始化單片機和液位傳感器，并對采集的電壓進行處理，保留2位小數，然后對采集的電壓進行模數轉換，并對模數轉換結果進行分段。通過對大量實驗數據的分析可知，各段水深值Di@與模數轉換結果Res均為線性關系，符合di @ =，res-6的形式，但不同段的Res值對應6的不同值。不同段的Res值經過不同的運算后，處理后的值最終保存在Di”中，并發送給顯示模塊顯示。系統的軟件流程如圖4所示。

4實驗結果

1)溫度對擴散硅變送器的影響擴散硅變送器的工作溫度為-20 ~ 60℃，變送器分別置于不同的水溫下，測量變送器在不同深度下的輸出電流，轉換為測量深度，并與實際深度進行比較。獲得的結果如表1所示。

表1溫度對不同深度變送器的影響

對上表數據的分析表明，在擴散硅變送器的工作溫度范圍內，變送器的輸出電流隨著溫度的升高而略有上升。當變送器的極限工作溫度即將達到時，會有很大的變化。溫度變化引起的最大溫度漂移誤差為0.07 ma/%,平均溫度漂移誤差為0.06 ma/%。因此，在變送器的工作溫度范圍內，溫度對變送器測量精度的影響可以忽略不計。

2)擴散硅變送器測量液位的數據分析當雙線擴散硅輸入公式液位變送器用于水深測量時，根據變送器的工作原理，水深產生的實際壓力等于測量壓力減去水面大氣壓力產生的壓力。

數據分析表明，該測試結果的最大偏差為0.04英寸，最大相對誤差為2%，平均相對誤差為0.775%。同時，從Matlab模擬比較的曲線可以看出，實際水深曲線與實測值基本吻合，個別數據偏差較大，但總體上仍能滿足精度要求。根據上述實測實驗數據，在Matlab中進行繪圖，得到實際水深和水流的曲線，如圖5所示。

圖5同一坐標下的實際水深、實測值和水流曲線

結論

針對目前國內水位監控的不足，設計了一種基于擴散硅變送器的水位測量系統。通過對測量數據的分析，在工作溫度范圍內，擴散硅變送器的測量結果會隨著溫度的升高而略有增加，但溫度漂移引起的誤差相對較小，在可接受的范圍內。水位測量也相對準確，完全滿足船閘水位監測的精度。在船閘水位監測領域具有良好的應用前景。

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