本发明专利技术公开了一种基于TDC芯片技术的数字化电容式物位计，包括：数字传感单元、微控制器单元、通讯或输出单元和机械结构件，所述数字传感单元、微控制器单元和通讯或输出单元均设于机械结构件中，本发明专利技术中所述的基于TDC芯片技术的数字化电容式物位计，通过将TDC测量单元与数据逻辑处理器连接，通过数字化TDC应用信号通过内逻辑门的延迟时间来高精度的测量时间间隔，通过简单的电路结构和特殊的电路板布线方法使芯片可以非常精确的重新建构信号通过逻辑门数，其最高精度取决于芯片的最大逻辑门延迟时间，比传统的模拟电路测量电容的方法分辨率提高了1000个数量级以上，抗干扰能力提高了10倍以上，从而很好的解决了抗强辐射干扰等问题，从而更好的满足了客户的需求。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种物位计领域，具体是一种基于TDC芯片技术的数字化电容式物位 计。
技术介绍
在物位的测量过程要实现对物位高度的在线监测与控制，关键在于能否精确的检 测当前物位高度。近年来，出现了许多新型的物位检测方法，各种料位测量仪也发展很快。 目前物位测量仪表主要有三个发展方向：非接触测量、物位仪表智能化和小型化、集成化。 同时随着科学技术的发展，以及其它相关领域的最新成果向物位测量方面的移植，使得物 位测量仪在一些特殊场合(如高温、高压、高真空等）获得了更广泛的应用，测量精度也有了 进一步的提高。在这些特殊场合应用当前首选电容式物位计，它具有结构简单、分辨力高、 工作可靠、动态响应快，并能在高温、辐射和强烈振动等恶劣条件下工作等优点已在工农生 产的各个领域得到一定应用。但是传统的电容式物位计均采用模拟电路，抗杂散电容，提高 精度、增强稳定性和抗干扰并且降低成本一直是电容式物位计大范围推广的瓶颈。 对于电容式物位计这一领域的研究，外国的起步早、投入的资金雄厚，发展比较迅 速，在70年代就取得了瞩目的成就，到目前为止，国外的许多家公司都研制出具有代表性 的一系列功能齐全、自动化程度高、精度高的测量系列与相应产品。如德国的E+H、P+F、西 门子等都推出了几款比较实用的电容式物位计。我国的经济发展水平比较落后，各种基础 行业的资金投入少，各相关领域发展缓慢，使得测量技术、测量方法相当落后，产品自动化 程度不高。精度、可靠性、功能等与国外的物位测量水平有很大的差距。 以上这些国内外的仪表厂家研发生产的电容式物位计，无论自动化程度多高都 没有解决下这几项技术难题：一是抗强辐射干扰，二是多参数综合补偿，三是超小量程物位 的精确测量。其根本原因是没有摆脱传统的电容采样方法的束缚。国内外现有的电容式物 位计的测量电路大概有这几种：11、直流充放电法；^、交流电容桥；11、交流锁相放大电 路；、I、方波占空比测量法；_、电容\频率转换法。这些测量方法均采用模拟电路。即便 是德国的E+H公司生产的智能电容物位计，也是采用交流电容桥的方法进行电容采样后再 通过AD转换，然后用单片机处理。其工作模式大体是：传感一采集一放大一AD转换一控制 运算一DA转换一数据输出。这些环节都存在着数据的失真和漂移问题。 因而现有的技术并不能真正的满足企业的生产需求。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种基于TDC芯片技 术的数字化电容式物位计。 技术方案：为了实现以上目的，本专利技术所述的一种基于TDC芯片技术的数字化电 容式物位计，包括：数字传感单元、微控制器单元、通讯或输出单元和机械结构件，所述数字 传感单元、微控制器单元和通讯或输出单元均设于机械结构件中，其中，所述的数字传感单 元包括由电容测量单元、TDC测量单元、温度测量单元、数据逻辑处理器、顺序ALU单元、结 果和状态寄存器、控制和模式寄存器、微处理器接口单元和补偿电路构成，所述的电容测量 单元由RLC测量单元和RLC计数器构成，所述的RLC测量单元与TDC测量单元连接，所述 RLC计数器的两端分别与TDC测量单元和顺序ALU单元连接，所述TDC测量单元与温度测量 单元和数据逻辑处理器，所述温度测量单元还与控制和模式寄存器连接，所述数据逻辑处 理器还与顺序ALU单元和结果和状态寄存器连接，所述的结果和状态寄存器和控制和模式 寄存器均与微处理器接口单元的输入端连接，所述微处理器接口单元的输出端与微控制器 单元输入端连接，所述微控制器单元的输出端与通讯或输出单元的输入端连接，且其内还 设有8位数据总线、4位控制线和地址锁存线。 本专利技术所述电容测量单元由感应电容、参考电容、第一电阻、模拟开关、开关电源 和控制模块，所述感应电容和参考电容均与第一电阻连接形成一个低通滤波器，所述模拟 开关设于两第一电阻之间，且所述的第一电阻、模拟开关和开关电源均与控制模块连接，所 述的控制模块由时间数字转换器、可编时序装置和三极管构成。 本专利技术所述TDC测量单元由数值寄存器、动态计数器、非门电路、时钟分频器、锁 相单元和标定单元构成，其中，所述的时钟分频器、锁相单元和标定单元构成数据预处理 器，所述的数值寄存器和动态计数器均与非门电路连接，且所述非门电路中的非门个数决 定了 START信号和STOP信号之间的时间间隔。 本专利技术所述的温度测量单元由电阻、电容、高速CMOS器件和温度传感器构成，所 述电阻并联于电路中，所述电容的两端分别与电阻和接地开关连接，所述高速CMOS器件设 于两电阻之间。 本专利技术所述的机械结构件由壳体和结构件构成，所述的结构件设于壳体上。 本专利技术所述的一种基于TDC芯片技术的数字化电容式物位计及其生产工艺流程， 该数字化电容式物位计具体的生产工艺流程如下： (1) :首先根据客户的需求，做出生产通知单，其中包括工程单、工艺单、电路图和材料 单； (2) :生产部门根据接收到的通知单领取所需的材料，并对领取的材料进行清点； (3) :待确认材料无缺少后，对所应用的电子元件(如感应电容、参考电容、第一电阻、模 拟开关、开关电源等）进行检测，与此同时，对机械结构件也进行检验； (4) :待电子元件和机械结构件都确认没有问题后，开始将电子元件焊接到电路板上， 并对结构件进行组装； (5) :待结构件组装完成后，开始对电路板和结构件进行定位和控制组装，至此整个基 于TDC芯片技术的数字化电容式物位计组装完成； (6) :然后对数字传感单元、微控制器单元、通讯或输出单元中的功能及配件进行测试； (7) :待上步骤中测试没有问题后，对电容测量单元、TDC测量单元、温度测量单元、数据 逻辑处理器、顺序ALU单元、结果和状态寄存器、控制和模式寄存器、微处理器接口单元、补 偿电路、微控制器单元和通讯或输出单元进行分别校验； (8) :然后对整个基于TDC芯片技术的数字化电容式物位计依次进行电磁兼容试验，通 电老化试验，高温试验，低温试验和综合检验； (9) :在上一步骤中的各个试验和检验过程中，一旦发现任何问题，都将返回至第五步 中对电路板和结构件进行定位和控制组装，对该基于TDC芯片技术的数字化电容式物位计 进行返修，且返修结束后，再次进行各个检验； (10) :在最终的综合检验确认没有问题后，对该产品进行包装； (11) :最后对包装好的产品进行出货即可。 有益效果：本专利技术所述的基于TDC芯片技术的数字化电容式物位计，具有以下优 占 . 1、本专利技术所述的一种基于TDC芯片技术的数字化电容式物位计，通过将TDC测量单元 与数据逻辑处理器连接，通过数字化TDC应用信号通过内逻辑门的延迟时间来高精度的测 量时间间隔，通过简单的电路结构和特殊的电路板布线方法使芯片可以非常精确的重新建 构信号通过逻辑门数，其最高精度取决于芯片的最大逻辑门延迟时间，应用这样的基础测 量单元和现代化的CMOS技术相结合可以使时间测量精度达到25皮秒，从而使电容测量分 辨率达到6af。比传统的模拟电路测量电容的方法分辨率提高了 1000个数量级以上，抗干 扰能力提高了 10倍以上，从而很好的解决了抗强辐射干扰的问题。 2、本专利技术中所述的电容测量单元、温度测量单元和补偿电路本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于TDC芯片技术的数字化电容式物位计，其特征在于：包括：数字传感单元（1）、微控制器单元（2）、通讯或输出单元（3）和机械结构件，所述数字传感单元（1）、微控制器单元（2）和通讯或输出单元（3）均设于机械结构件中，其中，所述的数字传感单元（1）包括由电容测量单元（4）、TDC测量单元（5）、温度测量单元（6）、数据逻辑处理器（7）、顺序ALU单元（8）、结果和状态寄存器（9）、控制和模式寄存器（10）、微处理器接口单元（11）和补偿电路构成，所述的电容测量单元（4）由RLC测量单元（41）和RLC计数器（42）构成，所述的RLC测量单元（41）与TDC测量单元（5）连接，所述RLC计数器（42）的两端分别与TDC测量单元（5）和顺序ALU单元（8）连接，所述TDC测量单元（5）与温度测量单元（6）和数据逻辑处理器（7），所述温度测量单元（6）还与控制和模式寄存器（10）连接，所述数据逻辑处理器（7）还与顺序ALU单元（8）和结果和状态寄存器（9）连接，所述的结果和状态寄存器（9）和控制和模式寄存器（10）均与微处理器接口单元（11）的输入端连接，所述微处理器接口单元（11）的输出端与微控制器单元（2）输入端连接，所述微控制器单元（2）的输出端与通讯或输出单元（3）的输入端连接，且其内还设有8位数据总线、4位控制线和地址锁存线。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：陈林，闵心怡，巢利锋，
申请(专利权)人：淮安伟岸自控设备有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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