数字液位传感器制造技术

本发明专利技术涉及一种数字液位传感器。该数字液位传感器包括非磁性导管，位于所述非磁性导管外并可沿所述非磁性导管轴向移动的浮子，和固定于所述浮子的永磁体。该非磁性导管中进一步包括开关单元和编码单元。开关单元包括至少一个在所述永磁体产生的磁场作用下闭合或断开的隧道磁电阻开关，编码单元包括至少一个编码器，其输入端分别接收来自所述隧道磁电阻开关的通断信号并输出表征所述浮子位置的数字信号。根据本发明专利技术的数字液位传感器体积小、成本低、功耗低、可靠性高、灵敏度高、分辨率高、使用寿命长、抗干扰能力强，并能实现数字信号直接输出。

【技术实现步骤摘要】
数字液位传感器
本专利技术涉及一种用于测量液位的传感器，尤其涉及一种利用高精度隧道磁电阻（TMR）开关和编码器实现数字信号输出的数字液位传感器。
技术介绍
液位传感器广泛应用于石油、化工、电力、环保等领域，对各种开口或有压容器内的液位或相界面进行连续测量，也可应用于液面或相界面的报警和控制。目前，应用较多的是干簧管液位传感器和霍尔式液位传感器。干簧管液位传感器结构简单、价格低廉，可应用于限位、计数等，其工作原理是磁性浮子随液位高度变化而上下移动，所产生的磁场变化使磁簧开关产生动作。这类传感器的一种结构是当磁性浮子浮动到某个干簧管高度处时，该干簧管里的磁簧开关因受到外部磁场的作用而闭合，便形成了完整的闭合电路。当磁性浮子远离此干簧管时，即移除磁场，磁簧片由于自身的弹性而分开，使电路断开。这样根据所形成电路上的电阻大小，系统里的变送器产生相应大小的电流信号。通过检测所产生的电流信号，可以判断被测液位的高度。但干簧管液位传感器经常会发生个别开关该断开未断开的故障，造成虚假液位，并且由于干簧管的尺寸较大，限制了传感器的分辨频率。当传感器受到冲击、磨损和振动等影响时，传感器内部的玻璃壳会因此而容易破裂，这也致使传感器不易安装和焊接。进一步，当存在电感和电容负载时，传感器的使用寿命会受到影响。此外，干簧管液位传感器的输出是模拟信号，抗干扰能力差，因而需要进一步的数字处理电路将模拟信号处理为数字信号。霍尔式液位传感器工作原理与干簧管液位传感器相同，只是用开关式霍尔片代替了干簧管，其尺寸比干簧管的尺寸要小，也易于安装和焊接，并且其输出信号是经过A/D转换后的数字信号，抗干扰能力较强。但因为霍尔元件功耗较高，为毫安级，开关点也达到几十高斯，这种液位传感器需要经常维修和更换，增加了使用成本。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术存在的以上问题，提供一种新颖的、先进的、可靠的数字液位传感器。本专利技术利用隧道磁电阻开关在外部磁场的作用下产生动作，将其所在状态以高、低电平的形式传达给与其连接的编码器，再通过编码器将数字信号提供给数据总线，从而实现准确快速的判断所测液位的高度。为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本专利技术通过以下技术方案实现：一种数字液位传感器，其将测量的液位转换为数字信号输出，该数字液位传感器包括以下几个部分：数据总线；电源端子；接地端子；固定并且放置在液体里的非磁性导管；漂浮在所述液体中的浮子，所述浮子邻近所述非磁性导管放置,随着液位的变化，所述浮子沿所述非磁性导管上下移动；至少一个隧道磁电阻开关，所述开关在所述永磁体产生的磁场作用下可闭合或者断开；至少一个编码器，所述编码器为所述浮子的每一个位置产生唯一的编码；固定于所述浮子的永磁体，所述永磁体产生具有足够幅度和方向的磁场以使与该永磁体处于相同水平的一个或多个隧道磁电阻开关闭合或断开；一个或者多个密封在所述非磁性导管中的印刷电路板，所述隧道磁电阻开关、所述编码器、所述数据总线、所述电源端子和所述接地端子安装在所述印刷电路板上且相互电联。优选地，所述非磁性导管的长度为10~12000mm，外直径为12~40mm。优选地，所述浮子的宽度为10~200mm，高度为10~200mm。优选地，所述永磁体的磁化方向与所述非磁性导管的轴向平行，所述隧道磁电阻开关为隧道磁电阻全极开关或隧道磁电阻单极开关，并且其敏感方向与所述非磁性导管的轴向平行。优选地，所述永磁体的磁化方向与所述非磁性导管的轴向垂直，所述隧道磁电阻开关为隧道磁电阻全极开关、隧道磁电阻双极开关或隧道磁电阻单极开关并且其敏感方向与所述非磁性导管的轴向垂直。优选地，所述非磁性导管与所述浮子同轴放置，所述浮子的内径大于所述非磁性导管的外径。优选地，所述隧道磁电阻开关等间距放置在所述印刷电路板上。优选地，所述编码器为优先编码器。优选地，每一个所述编码器有2N个不同的输入端，有N个不同的输出端，N为自然数。优选地，所述浮子的位置用数字0,1,…，2N-1来表示，N为自然数，所述数字与所述液面的高度呈线性比例关系。优选地，所述编码器为专用ASIC、FPGA、CPLD或其他可编程逻辑器件，来最小化所述印刷电路板上部件的数量。优选地，对于2N个所述隧道磁电阻开关，所述数据总线的宽度至少为N位，N为自然数。优选地，所述隧道磁电阻开关分别与所述编码器的相应的输入接口电连接。优选地，所述编码器的输出接口与所述数据总线上的相应接口电连接。优选地，所述印刷电路板是柔性印刷线路板。优选地，所述编码器和所述隧道磁电阻开关放置在由柔性印刷线路板互连的多个小型刚性印刷电路板上。一种数字液位传感器，包括：非磁性导管，和位于所述非磁性导管外并可沿所述非磁性导管轴向移动的浮子，固定于所述浮子的永磁体，所述非磁性导管中进一步包括：开关单元，包括至少一个在所述永磁体产生的磁场作用下闭合或断开的隧道磁电阻开关，编码单元，包括至少一个编码器，所述编码单元的输入端分别接收来自所述隧道磁电阻开关的通断信号并输出表征所述浮子位置的数字信号。优选地，该液位传感器包括2N个隧道磁电阻开关，各隧道磁电阻开关沿所述非磁性导管的轴向排列设置且沿非磁性导管轴向的位置已知。与现有技术相比，本专利技术采用隧道磁电阻开关对浮子的位置进行检测，并采用优先编码器对来自隧道磁电阻开关的开关信号进行编码。本专利技术具有以下有益效果：体积小、成本低、功耗低、可靠性高、灵敏度高、分辨率高、使用寿命长、抗干扰能力强，并能实现数字信号直接输出。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下将对本专利技术的较佳实施例并结合附图进行详细说明。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为根据本专利技术实施例1的液位传感器结构示意图。图2为根据本专利技术实施例1的液位传感器另一种结构示意图。图3为根据本专利技术实施例2的隧道磁电阻开关和优先编码器的连接示意图。图4根据本专利技术实施例3的隧道磁电阻开关和优先编码器的连接示意图。图5为隧道磁电阻单极开关信号示意图。图6为隧道磁电阻双极开关信号示意图。图7为隧道磁电阻全极开关信号示意图。具体实施方式下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本专利技术。实施例1图1和图2分别示出根据本专利技术实施例1的液位传感器100，200的结构示意图，图中示意性显示出一种使用隧道磁电阻开关单元3和编码器4实现数字信号输出的数字液位传感器。该传感器包括一根可相对于待测容器固定的非磁性导管1，一个可在液体11中漂浮，并沿非磁性导管1外表面随液面变化而上下滑动的浮子2。优选地，非磁性导管1和浮子2的中心轴相同。非磁性导管1里装有印刷电路板5，优选是柔性印刷线路板。印刷电路板5上安装有隧道磁电阻开关单元3、编码器4、数据总线9以及电源端子7和接地端子8。编码器和所述磁电阻开关也可安装在多个小型刚性印刷电路板上，相互之间用柔性印刷线路板或者电布线连接。隧道磁电阻开关单元3包括多个隧道磁电阻开关，各隧道磁电阻开关在非磁性导管中具有确定的位置。在浮子2里有一个固定的永磁体6，该永磁体6可产生使隧道磁电阻开关单元3中与其大致在同一液面高度处的隧本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种数字液位传感器，其将测量的液位转换为数字信号输出，其特征在于，该数字液位传感器包括以下几个部分：数据总线；电源端子；接地端子；固定并且放置在液体里的非磁性导管；漂浮在所述液体中的浮子，所述浮子邻近所述非磁性导管放置,随着液位的变化，所述浮子沿所述非磁性导管上下移动；至少一个隧道磁电阻开关，所述开关在永磁体产生的磁场作用下可闭合或者断开；至少一个编码器，所述编码器为所述浮子的每一个位置产生唯一的编码；固定于所述浮子的永磁体，所述永磁体产生具有足够幅度和方向的磁场以使与该永磁体处于相同水平的一个或多个隧道磁电阻开关闭合或断开；一个或者多个密封在所述非磁性导管中的印刷电路板，所述隧道磁电阻开关、所述编码器、所述数据总线、所述电源端子和所述接地端子安装在所述印刷电路板上且相互电联，其中所述至少一个隧道磁电阻开关中的每一个连接到电源端子和接地端子。

【技术特征摘要】
1.一种数字液位传感器，其将测量的液位转换为数字信号输出，其特征在于，该数字液位传感器包括以下几个部分：数据总线；电源端子；接地端子；固定并且放置在液体里的非磁性导管；漂浮在所述液体中的浮子，所述浮子邻近所述非磁性导管放置,随着液位的变化，所述浮子沿所述非磁性导管上下移动；至少一个隧道磁电阻开关，所述开关在永磁体产生的磁场作用下可闭合或者断开；至少一个编码器，所述编码器为所述浮子的每一个位置产生唯一的编码；固定于所述浮子的永磁体，所述永磁体产生具有足够幅度和方向的磁场以使与该永磁体处于相同水平的一个或多个隧道磁电阻开关闭合或断开；一个或者多个密封在所述非磁性导管中的印刷电路板，所述隧道磁电阻开关、所述编码器、所述数据总线、所述电源端子和所述接地端子安装在所述印刷电路板上且相互电联，其中所述至少一个隧道磁电阻开关中的每一个连接到电源端子和接地端子。2.根据权利要求1所述的数字液位传感器，其特征在于，所述非磁性导管的长度为10～12000mm，外直径为12～40mm。3.根据权利要求1所述的数字液位传感器，其特征在于，所述浮子的宽度为10～200mm，高度为10～200mm。4.根据权利要求1所述的数字液位传感器，其特征在于，所述永磁体的磁化方向与所述非磁性导管的轴向平行，所述隧道磁电阻开关为隧道磁电阻全极开关或隧道磁电阻单极开关，并且其敏感方向与所述非磁性导管的轴向平行。5.根据权利要求1所述的数字液位传感器，其特征在于，所述永磁体的磁化方向与所述非磁性导管的轴向垂直，所述隧道磁电阻开关为隧道磁电阻全极开关、隧道磁电阻双极开关或隧道磁电阻单极开关，并且其敏感方向与所述非磁性导管的轴向垂直。6.根据权利要求1所述的数字液位传感器，其特征在于，所述非磁性导管与所述浮子同轴放置，所述浮子的内径大于所述非磁性导管的外径。7.根据权利要求1所述的数字液位传感器，其特征在于，所述隧道磁电阻开关等间距放置在所述印刷电路板上。8.根据权利要求1所述的数字液位...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹姆斯·G·迪克，薛松生，
申请(专利权)人：江苏多维科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32