一种液位测量仪及其误差补偿方法技术

本发明专利技术是液位测量仪及其误差补偿方法，测量仪由压力传感变送器、温度传感变送器、电源、机箱、按键、ＬＥＤ显示器、电路板共同安装及通过各自相应电缆信号线、电源线共同连接构成；其电路由压力、温度变送器电路、多路模拟开关、Ａ／Ｄ转换器、单片微机、数据及程序存贮器、串行接口、键盘／显示接口、ＬＥＤ显示器通过各自相应信号线共同连接构成；误差补偿方法先测量压力、温度变送器输出信号数据，再设计单片微机控制补偿软件程序补偿压力信号的非线性误差、温度误差、零点漂移误差。本发明专利技术的测量仪精度高、稳定性好、价格合理，约为国外同类产品价格的１／１０。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是，属自动化测量仪表技术。在工业测量、自动化仪表测量
，测量力的仪表用量最大。而测力仪表又分为测量压力和测量液体液面高度的液位仪，且液位的测量比较普遍，应用领域也比较广。例如自来水水位的测量和控制，当水位低于规定下限值时，输出控制信号，使得水泵即可启动抽水，当水位高于上限值时，水泵即停止抽水；油田的油位需要测量，蓄油池的液面高度需要测量，以便知道油面的实际位置；储油罐的油位测量，一个大型的储油罐的高度是2～5米，注入和排出的油的重量和体积可通过测量其油位表面，就可以计算出来。测量液位的传感器和变送器的压力敏感元件主要是扩散硅压力芯片。目前国外的测液位仪表和传感器的技术水平比较高，稳定性能也相当好，例如HONIWELL公司的ST3000型压力(液位)变送器的精度约为0.1～0.2％，在国际市场上处于领先地位，但是一台这种液位测量仪的价格约7万元人民币。这种价格对于我国的广大用户是很难接受的。因此，研究制造适合我国实际情况的测液仪和传感器是很必要的。要想提高测量仪表和传感器的测量精度，仅仅靠提高扩散硅压力芯片的性能是比较困难的，例如NOVA公司的扩散硅压力芯片，其温度、非线性和重复性误差均为±0.2～0.5％，最后折算其精度为±0.5～1.0％。我国厂家生产的扩散硅压力芯片的技术性能，略低于国外产品，即使使用国外公司的芯片也要进行补偿才能提高精度。压力传感测量仪表的误差补偿方法有很多种，最主要的方法有三种第一种是补偿压力传感器，使得控制电流与温度变化的直线和压力传感器与温度变化的直线相同，即通过电流的变化补偿温度误差，这种方法只能补偿温度误差，但是不能补偿非线性误差；第二种是补偿压力变速器，利用运算放大器设计电流变送器电路，在电路输出端加一只采样电阻，并且将电阻两端的电压信号反馈到放大器的输入端，形成负反馈，补偿由于输出电流增加时产生的非线性误差，这种方法在国内的一些生产压力传感器的厂家中普遍应用；第三种是通过测量仪表的单片微机，在压力变送器与温度的二维平面内，建立二者的线性关系，通过软件程序补偿温度误差，同时补偿压力信号的非线性误差；第四种是利用曲面拟合的方法，但是要想建立温度、压力测量值及标准输出数值的曲面函数是比较困难的，既需要大量的计算机程序运算，求出曲面函数的系数，也要进行反复的测量，如果测量数据多到一定程度，那么计算系数时，会出现振荡现象，反而达不到要求的精度和求不出函数的系数。目前这种方法只是在理论探讨阶段，还不能进行实际应用，其优点是补偿精度比较高。利用微机对传感器的输出信号进行补偿，完全可以达到提高测量仪精度的目的，又可以节省测量仪表和传感器的成本。本专利技术的目的就是为了克服和解决现有国外的测量仪虽然精度高、但价格太昂贵、用户难于接受，而国内液位测量仪则精度较低、稳定性较差、价格也仍然较高而补偿压力传感器又只能补偿温度误差，不能补偿非线性误差或曲面拟合补偿方法又复杂，易振荡，不实用等的缺点和问题，研究专利技术一种通过利用单片微机对压力变送器的输出信号进行补偿，达到补偿温度、非线性和重复性误差、以提供精度高、稳定性好、价格较合理、仅约为围外同类产品价格的1/10、用户易于接受的液位测量仪及其误差补偿方法。本专利技术是通过下述技术方案来实现的高精度液位测量仪的外形结构示意图如附图说明图1所示，其电路方框图如图2所示。它由压力传感器及压力变送器1、温度传感器及温度变送器2、电源3、机箱4、按键5、LED显示器、电路板共同连接构成，其相互位置及连接关系为压力传感器及压力变送器1、温度传感器及温度变送器2分别通过屏蔽电缆与机箱4内相应电路板相电气连接，电源3通过电源输出线与机箱4内相应电路板的电源端相电气连接，包括上限、下限、报警、密度、补偿、零点、数字(0～9)、右移、确认等按键5以及LED显示器的5位数码显示屏6构成的面板与机箱4相固定连接，按键5分别与机箱4内的相应键盘/显示接口电路相电气连接，LED显示屏6装于面板左侧并与机箱4内电路板的键盘/显示接口电路相电气连接；其电路由压力电流变送器电路、电流/电压转换多路模拟开关电路、温度电流变送器电路、A/D转换器电路、单片微机电路、数据存贮器、串行接口电路、程序存贮器、键盘/显示接口电路、LED显示器共同电气连接构成，其相互连接关系为压力电流变送器电路分别通过压力传感器输出信号线、压力电流变送器输出信号线、电源线分别与压力传感器1、电流/电压转换多路模拟开关电路、电源相电气连接；温度电流变送器电路分别通过温度传感器输出信号线、温度电流变送器输出信号线、电源线分别与温度传感器2、电流/电压转换多路模拟开关电路、电源相电气连接；A/D转换器电路分别通过电流/电压转换多路模拟开关的开关信号输出线、A/D转换器信号输出线分别与电流/电压转换多路模拟开关电路、单片微机电路相电气连接；单片微机电路分别通过微机总线中的数据信号输出线、程序信号输出线、键盘信号输入线及显示信号输出线分别与数据存储器、程序存储器、键盘/显示接口电路相电气连接；数据存储器通过数据存储输出信号线与串行接口电路相电气连接；键盘/显示接口电路分别通过键盘信号输出线、LED显示信号输出线分别与控制按键键盘、LED显示器相电气连接。其电路原理图如图3～图6所示，其中压力电流变送器电路原理图如图3所示，它由电流变送器IC19、二极管D6、插座S11、电位器W2～W4、电阻R12～R13、电容C45、C46共同电气连接构成；温度电流变送器电路原理图如图4所示，它由温度电流变送器IC20、三极管Q2、二极管D7、插座S12、标准铂电阻PT100、电阻R14～R17、电容C47～C49共同电气连接构成；稳压电源电路、A/D转换器电路及电流/电压转换多路模拟开关电路的电路原理图如图5所示，其中模拟电源AVDD由稳压器集成件IC4、电容C15、C16、限压二极管D1共同电气连接构成；模拟电源AVSS由稳压器集成件IC5、电容C17、C18、限压二极管D2共同电气连接构成；数字电源DVDD由稳压器集成件IC6、电容C19、C20、限压二极管D3共同电气连接构成；数字电源DVSS由稳压器集成件IC7、电容C21、C22、限压二极管D4共同电气连接构成；传感器电源DVSS由稳压器集成件IC8、电容C23、C24、限压二极管D5共同电气连接构成；A/D转换器电路由A/D转换器集成件IC1、稳压器集成件IC3、晶振晶体CZ、电容C1～C14、电阻R1～R4共同电气连接构成；电流/电压转换多路模拟开关电路由多路模拟开关器件IC2、电阻R5～R8、电容C23～C28共同电气连接构成；单片微机电路及数据存储器、程序存储器、键盘/显示接口电路的电路原理图如图6所示，其中单片微机电路由单片微机IC13、晶振晶体MZ、电容C31～C33、电阻R9、地址锁存器IC10、接口锁存器IC14与非门IC15共同电气连接构成；数据存贮器为存贮器集成件IC12；程序存贮器为存贮器集成件IC11、键盘/显示接口电路由键盘/显示接口集成件IC16、译码器集成件IC17共同电气连接构成；串行接口电路为RS-232接口电路IC18构成；蜂鸣器电路由蜂鸣器TON、三极管Q1、电阻R10共同电气连接构成。本专利技术的液位测量仪本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由机箱、面板、电路板等连接构成的液位测量仪，其特征在于：它由压力传感器及压力变送器（１）、温度传感器及温度变送器（２）、电源（３）、机箱（４）、按键（５）、ＬＥＤ显示器、电路板共同连接构成，其相互位置及连接关系为：压力传感器及压力变送器（１）、温度传感器及温度变送器（２）分别通过屏蔽电缆与机箱（４）内相应电路板相电气连接，电源（３）通过电源输出线与机箱（４）内相应电路板的电源端相电气连接，包括上限、下限、报警、密度、补偿、零点、数字键０～９、右移、确认键的按键（５）以及ＬＥＤ显示器的５位数码显示屏（６）构成的面板与机箱（４）相固定连接，按键（５）分别与机箱（４）内的相应键盘／显示接口电路相电气连接，ＬＥＤ显示屏（６）装于面板左侧并与机箱（４）内电路板的键盘／显示接口电路相电气连接；其电路由压力电流变送器电路、电流／电压转换多路模拟开关电路、温度电流变送器电路、Ａ／Ｄ转换器电路、单片微机电路、数据存贮器、串行接口电路、程序存贮器、键盘／显示接口电路、ＬＥＤ显示器共同电气连接构成，其相互连接关系为：压力电流变送器电路分别通过压力传感器输出信号线、压力电流变送器输出信号线、电源线分别与压力传感器１、电流／电压转换多路模拟开关电路、电源相电气连接；温度电流变送器电路分别通过温度传感器输出信号线、温度电流变送器输出信号线、电源线分别与温度传感器２、电流／电压转换多路模拟开关电路、电源相电气连接；Ａ／Ｄ转换器电路分别通过电流／电压转换多路模拟开关的开关信号输出线、Ａ／Ｄ转换器信号输出线分别与电流／电压转换多路模拟开关电路、单片微机电路相电气连接；单片微机电路分别通过微机总线中的数据信号输出线、程序信号输出线、键盘信号输入线及显示信号输出线分别与数据存储器、程序存储器、键盘／显示接口电路相电气连接；数据存储器通过数据存储输出信号线与串行接口电路相电气连接；键盘／显示接口电路分别通过键盘信号输出线、ＬＥＤ显示信号输出线分别与控制按键键盘、ＬＥＤ显示器相电气连接。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙慧卿，郭志友，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]