（检测技术与自动化装置专业论文）感应式数字水位传感器稳定性、可靠性的研究.pdf

太原理工大学颈士研究生学位论文 感应式数字水位传感器稳定性、可靠性的研究 摘要 感应式数字水位传感器主要是针对引黄工程的需要 而研制的。传感器的输入是数字量，但根据工糕要求， 在设计中采用了a d 数模转换，将数字信号转换成了模 拟电流信号输出。由于传感器中有数模转换、放大电路 等禳拟电路的存在，所以难以避兔工作环境温寝变亿的 影响，使传感器的输出信号产生温度漂移误差。 感应式数字水位传惑器广泛疲羯予水利工程、地下 水及电厂等场所的水位自动化监测，经多年运行，又发 瑗转感嚣鸯误褥郓丢失数据瑗象，特别是在势 l 小系统 和小容器中。 温漂、误弼稠丢失数箍现象，寅谈影响至4 传感器躲 稳定性和可靠性，影响到感应式数字水位传感器的应用 和推广。所以感应式数字水位传感嚣的稳定性鄞可靠性 研究，被列入了国家科技攻关项目，成为了“数字化物 位枪测传感器技术研究”项目的子项目。 太原理工大学硕士研究生学位论文 本课题研究被列入国家科技攻关项目，共不单是为 了提高感应式数字水位传感器的稳定瞧和可靠性，更主 要的是因为国内外目前研制的水位传感器，都没有解决 好现场信号的稳定性移可靠缝采集| 、藏题，严重地髑约了 工业自动化水平提高。 棱感器的稳定性和可攥性阏题，悫豳虢誊数字化 物饿检测传感嚣的研究，因而“数字彳七物位检测传感器 技术研究”项麓维，不待不援注意力转向了对基破理论 的磷究，把对不阉检溯物料中( 始水、媒粉等) 的电信 号的传导特性研究及对传感器内部电路原理的研究，作 为了颈鼙的技术关键、难点翱铷赫点。溺然这也燕感应 式数字水位传感器稳定性和可靠性研究的技术关键、难 点翻剿新点。黧蕊也为本谦熬磅究明确了其体内容。 本课题紧紧阐绕“数字化物位检测传感器技术研究” 顼瓣缀提出的关键、难点釉黼耨点，袋开研究的爨体内 容，把重点和创灏点放在了对水中电储号传导特性和影 响水中电信号传黪鹣嚣豢、繇节及翼影响露用的磷究上。 另外也对电子电路的温漂问题进行了研究。其体说，在 太原理工大学硕士研究生学位论文 导师的指导下，我主要作了以下几方面的研究： t 。 魄信号在永中传导鞠具体过程研究。 2 电信号在水中传导过程中表现出来的特性研 究。 3 对误码和丢失数据现象的探讨。 4 。 对造残水中遵信号弱的溪素、环节熬探讨。 5 对电极损耗、腐蚀机理及对策的研究。 6 。 对感应式数字水位传感器电子电路改进的研 究。 总的说，通过课题研究弥补了电信号在水中传导特 性研究上的空白。具体说，主要有以下几方越成果： 1 电信号在水中传导的具体过程及其在水中传 鼯过程中表现出来的特性，在瑾论上基本清搿。 2 纂本弄清了发生误码和谣失数据现象的主要 滠因。 3 基本弄清了水中电信号弱的影响因索和环节。 4 ， 舞瀵了电极损耗、腐蚀的枫瑾，并提懑了可行 的防止对策。 太原理工大学硕士研究生学位论文 5 协助导师完成了传感器电子电路改进的研究。 在整个课题研究中，能体现自己创新性的，有以下 几点： 1 电信号在水中传导的具体过程及其在传导过 程中表现出来的特性，如传导方式、传导动力和影响因 素等，在理论上清晰化，实现了对检测物料中电信号的 传导特性研究，在水领域中的突破，为研制高稳定性和 高可靠性水位传感器，提供了基础理论。 2 在对水中电信号传导特性研究中，提出了“取 样系统”的研究方法。该方法充分考虑到了电信号在水 中传导对水位取样的作用，客观、科学地处理了水位信 号取样时，取样电路与水的不可分割性、整体性。 3 提出了“电极极化所产生的阳极钝化现象，是 导致误码和丢失数据现象的主要原因”的新观点。 4 提出了在电极水溶液界面的化学反应的速 度，是造成水中电信号弱的控制环节的新观点。 5 弄清了电极损耗、腐蚀的机理。 另外，还针对当前水位传感器没有科学、统一的分 i v 太原理工大学硕士研究生举位论文 类，而提出了自己对水位传感器的分类思想( 见绪论) 。 关键词：感应式数字水位传感器，稳定性和可靠性，温 度漂移，误褐，丢失数据，承霞毫信号 藻金项目：阂家攻关项目( 2 0 0 2 b a 2 1 4 c ) v t h er e s e a r c l lo fs t a b i l i t ya n d r e l l a b i l i t y o fl n d u c 零l v e d 薹g l 誓a bv z 艘嚣rl e v 嚣ls 嚣n s o r s a b s t r a c t i n d u c t i v ed i g i t a lw a t e rl e v e ls e n s o r sa r ed e v e l o p e d a c c o r d i n ga st h en e e do fy e l l o wr i v e rp r o j e c t t h ei n p u t s o ft h es e n s o r sa r ed i g i t a lq u a n t i t y , b u td ac o n v e r s i o na r e a d o p t e di nt h ed e s i g na c c o r d i n ga st h en e e do ft h ep r o j e c t , s ot h a td i g i t a ls i g n a l sa r et r a n s f o r m e di n t oa n a l o ge l e c t r o n i c c u r r e n t s i g n a l s t o o u t p u t t h e r e a r ed ac o n v e r s i o n ， a m p l i f y i n gc i r c u i ta n do t h e ra n a l o gc i r c u i ti nt h es e n s o r s ，s o t h a ti ti sd i 辆c u l tt oa v o i dt h ee f f e c to fo p e r a t i o n a l e n v i r o n m e n t t e m p e r a t u r e v a r i a t i o n 。t h u st h es e n s o r s o u t p u t ss i g n a l sw o u l dh a v ee r r o r so f t e m p e r a t u r ed r i f t i n d u c t i v ed i g i t a lw a t e rl e v e ls e n s o r sa p p l i e dw i d e l yi n v 1 太原理工大学硕士研究生学位论文 h y d r a u l i ce n g i n e e r i n g ，g r o u n d w a t e r , e l e c t r i cp o w e rp l a n t a n do t h e r p l a c e s f o rw a t e rl e v e la u t o m a t i c m o n i t o r i n g a f t e rt h e yr a nm a n yy e a r s ，t h ep h e n o m e n o no fe r r o rc o d e a n dm i s s i n gd a t aw a sf o u n d e s p e c i a l l yi nc l o s e ds m a l l s y s t e ma n ds m a l lc o n t a i n e r t e m p e r a t u r ed r i f t ，e r r o rc o d ea n dm i s s i n gd a t aa f f e c t d i r e c t l ys t a b i l i t ya n dr e l i a b i l i t yo fi n d u c t i v ed i g i t a l w a t e r l e v e l s e n s o r s ，a p p l i c a t i o n a n d p o p u l a r i z i n g o fo n e s t h e r e f o r et h er e s e a r c ho f s t a b i l i t y a n d r e l i a b i l i t y o f i n d u c t i v e d i g i t a lw a t e rl e v e ls e n s o r si s l i s t e da sn a t i o n s c i e n c ea n dt e c h n o l o g yb r a i n s t o r mp r o j e c ta n db e c o m ea s u b i t e mo ft h ep r o j e c t - - “t h er e s e a r c ho fd i g i t i z e dl e v e l m e a s u r e m e n ts e n s o r st e c h n i q u e ” t h ec a u s e ，t h i st h e m er e a e a r c hi sl i s t e da sn a t i o n s c i e n c ea n dt e c h n o l o g yb r a i n s t o r mp r o j e c t ，i sn o ts i m p l yi n o r d e rt oi m p r o v es t a b i l i t ya n dr e l i a b i l i t yo fi n d u c t i v ed i g i t a l w a t e rl e v e ls e n s o r s m o r ei m p o r t a n tc a u s ei st h a tm a n y w a t e rl e v e ls e n s o r sd on o t e n t i r e l y s e t t l e s t a b i l i t y a n d v i i 太缮i 理王大学颈士辑究生攀位论文 r e l i a b i l i t yo fo n s i t es i g n a l s a th o m ea n da b r o a da tt h e p r e s e n tt i m e ，a n di tb a d l yr e s t r i c tt h ea d v a n c eo fi n d u s t r i a l a u t o m a t i o n ， t h ep r o b l e mo fs t a b i l i t ya n dr e l i a b i l i t yo fs e n s o r s e m b a r r a s s e dt h er e s e a r c ho fd i g i t i z e dl e v e lm e a s u r e m e n t s e n s o r sa l l a l o n g t h u s t h i s p r o j e c tt e a mh a dt o t u m a t t e n t i o ni n t ot h er e s e a r c ho fb a s i ct h e o r y a n di tb e c o m e s t e c h n i c a l k e y , d i f f i c u l t y a n di n n o v a t i o nt o r e s e a r c h e l e c t r i c a l s i g n a l s t r a n s f e rc h a r a c t e r i s t i c i nd i f f e r e n t m e a s u r i n gm a t e r i e l ，s u c ha sw a t e r , c o a ld u s ta n ds oo n ，a n d t or e s e a r c hi n t e r n a lc i r c u i tp r i n c i p l eo fs e n s o r s o f c o u r s e ， t h e s ea r ea l s ot e c h n i c a lk e y , d i f f i c u l t ya n di n n o v a t i o no f i n d u c t i v e d i g i t a l w a t e rl e v e ls e n s o r s 。t h u st h et h e m e c o n c r e t ec o n t e n ti sc l e a r t h et h e s i s o u t s p r e a d r e s e a r c hc o n c r e t ec o n t e n t a c c o r d i n gt ot h et e c h n i c a lk e y , d i f f i c u l t ya n di n n o v a t i o n b r o u g h tf o r w a r db yt h ep r o j e c tt e a m a n di t p u t t h e e m p h a s e sa n di n n o v a t i o ni n t ot h er e s e a r c ho fe l e c t r i c a l v l l l 太原瑾：大学硕士疆究生学位论文 s i g n a l st r a n s f e rc h a r a c t e r i s t i ci nw a t e ra n dt h er e s e a r c ho f i n f l u e n c i n g f a c t o r sa n dt a c h e so fe l e c t r i c a l s i g n a l s t r a n s f e r r i n g i na d d i t i o n ，t e m p e r a t u r e d r i f to fs e n s o r s e l e c t r o n i cc i r c u i ti sr e s e a r c h e d 。u n d e rt h ed i r e c t i o no fm y t u t o r , m ym a i nr e s e a r c hi sa sf o l l o w s ： 1 r e s e a r c ht h ec o n c r e t e t r a n s f e r r i n gp r o c e s s o f e l e c t r i c a ls i g n a l si nw a t e r 2 r e s e a r c ht h ec h a r a c t e r i s t i co fe l e c t r i c a l s i g n a l s t r a n s f e r r i n gi nw a t e r d a t a ， 3 d i s c u s st h ep h e n o m e n o no fe r r o r - c o d ea n dm i s s i n g 霹d i s c u s sf a c t o r sa n dt a c h e so f a r o s i n g w e a k e l e c t r i c a ls i g n a l si nw a t e r 5 。r e s e a r c he l e c t r o d e ss p o i l a g e ，e l e c t r o d e sc o r r o s i o n m e c h a n i s ma n dc o r r e s p o n d i n gc o u n t e r m e a s u r e 。 6 r e s e a r c he l e c t r o n i cc i r c u i t a m e l i o r a t i o no f i n d u c t i v ed i g i t a lw a t e rl e v e ls e n s o r s a l li na l l ，t h eb l a n k ，t h er e s e a r c ho ft h ec h a r a c t e r i s t i c i x 太原理工大学硕士研究生学位论文 o fe l e c t r i c a ls i g n a l st r a n s f e r r i n gi nw a t e r , i sm a d eu p i n d e t a i l ，t h e r ea r ef o l l o w i n gs e v e r a lf r u i t s ： 1 i ti sc l e a r0 1 3p a p e rt h a tt h ec o n c r e t e t r a n s f e r r i n g p r o c e s s o fe l e c t r i c a l s i g n a l s a n dt h ec h a r a c t e r i s t i co f e l e c t r i c a ls i g n a l st r a n s f e r r i n gi nw a t e r 2 i ti s e l e m e n t a l l y c l e a rt h a tt h em a i nc a u s eo f o c c u r r i n ge r r o rc o d ea n dm i s s i n gd a t a 3 i ti se l e m e n t a l l yc l e a rt h a ti n f l u e n c i n gf a c t o r sa n d t a c h e so fw e a ke l e c t r i c a ls i g n a l si nw a t e r 4 i ti sc l e a rt h a te l e c t r o d e s s p o i l a g e ，e l e c t r o d e s c o r r o s i o n m e c h a n i s m a n d c o r r e s p o n d i n g f e a s i b l e c o u n t e r m e a s u r e sa r ep u tf o r w a r d 5 。f i n i s ht h er e s e a r c ho fs e n s o r se l e c t r o n i cc i r c u i t a m e l i o r a t i o nu n d e rm yt u t o r sd i r e c t i o n i nt h ew h o l er e s e a r c h m yi n n o v a t i o ni sa sf o l l o w s ： 1 i ti sc l e a ro np a p e rt h a tt h ec o n c r e t et r a n s f e r r i n g p r o c e s s o fe l e c t r i c a l s i g n a l s a n dt h ec h a r a c t e r i s t i co f e l e c t r i c a ls i g n a l st r a n s f e r r i n gi nw a t e r , s u c ha st r a n s f e r r i n g x 太原理1 ：大学硕士研究生学位论文 m o d e ，t r a n s f e r r i n gi m p e t u s ，i n f l u e n c i n gf a c t o r sa n ds oo n 。 b r e a k t h r o u g h o ft h ew a t e rf i e l dr e s e a r c ho ft h e c h a r a c t e r i s t i co fe l e c t r i c a ls i g n a l st r a n s f e r r i n gi nm e a s u r i n g m a t e r i a li sr e a l i z e d i to f f e r e dt h eb a s i c t h e o r y f o r d e v e l o p i n g t h es e n s o r sw i t h h i 醢s t a b i l i t y a n d h i g h r e l i a b i l i 批 2 “s a m p l i n gs y s t e m r e s e a r c hm e t h o di sp u tf o r w a r d i nt h er e s e a r c ho ft h ec h a r a c t e r i s t i co fe l e c t r i c a l s i g n a l s t r a n s f e r r i n gi nw a t e r t h i sm e t h o da tl a r g ec o n s i d e r st h e e f f e c to fe l e c t r i c a l s i g n a l st r a n s f e r r i n gi nw a t e rt ow a t e r l e v e ls a m p l i n ga n dd i s p o s e so b j e c t i v e l ya n ds c i e n t i f i c a l l y t h e i n d i v i s i b i l i t ya n di n t e g r i t yo fs a m p l i n gc i r c u i t sa n d w a t e rw h e nw a t e rl e v e ls i g n a l sa r eb e e ns a m p l e d 3 an e wv i e w , t h ea n o d e p a s s i v a t i o np h e n o m e n o n c a u s e db ye l e c t r o d ep o l a r i z a t i o ni st h em a i nc a u s er e s u l t i n g i ne r r o rc o d ea n dm i s s i n gd a t a ，i sp u tf o r w a r d 4 an e wv i e w , t h ec h e m i c a lr e a c t i o nv e l o c i t yb e t w e e n e l e c t r o d ea n da q u e o u ss o l u t i o ni n t e r f a c ei sc o n t r o l l i n gu n i t 太原理 ：大学硕士研究生学位论文 c a u s i n gw e a ke l e c t r i c a ls i g n a l si nw a t e r , i sp u tf o r w a r d 5 e l e c t r o d e s s p o i l a g e a n de l e c t r o d e sc o r r o s i o n m e c h a n i s ma r ec l e a r i na d d i t i o n ，w a t e rl e v e ls e n s o r sc l a s s i f y i n gi d e a li s b r o u g h tf o r w a r ds i n c e t h e r ew a sn o ts c i e n t i f i c a la n d u n i f o r m c l a s s i f y i n gf o rw a t e rl e v e ls e n s o r sc u r r e n t l y k e y w o r d s ：i n d u c t i v ed i g i t a lw a t e r l e v e l s e n s o r s ， s t a b i l i t ya n dr e l i a b i l i t y ，t e m p e r a t u r ed r i f t ，e r r o rc o d e ， m i s s i n gd a t a ，w a t e rl e v e le l e c t r i c a ls i g n a l s x i i 太原理工大学硕士研究生学位论文 第一肇绪论 承位检测是瘩文藩患采集豹鬟黉缀成部分，在防添减灾、永 利建设、工业生产和科学研究，乃麓整个社会主义经济建设中， 发挥着重要的作用。因此研制适威社会主义经济建设需要，符合 时代进步要求的新型水位传感器，无疑具有十分重要的意义。 l ， 水位俺惑器鼓零嚣状努毒纛 二十世纪八十年代以来，水饺传感器技术褥到迅猛发展，毅 菇辩蛉传感器不断黟 发，赢科技含爨不甄增加。本奏从馋惑器的 爽型、黼析典型产品、存在的问题及避一步研究的方向等几个方 馘切入，对水位传感器技术的现状进行了分析，重点分析了电接 触登承僮传感器戆笈激蕊狡。 l 。1 1 承谴俺惑器的粪照 本文楚从两个焦魔对水霞健懑嚣送行翅汾黪；1 窳经采样艨 铱擐戆拳瓣槛痿；2 。窳经采撵辩，传感器是答与承装簸，帮采样 方式。 采用这样的划分办法，一楚为了把研制的水位传感器和它采 样所依据的水的性殛紧密联系越来；二是因为这两种划分揭示了 l 太壤壤工大学硬士醋究生学使谚文 本文所研究的对象感应式数字水位传感器的两个重要性质： i 。取撵方式姥戆器与瘩接越；2 取样爨疆锿据懿承熬瞧蒺 水的导电性。 1 无论什么样的水位传感器，采样时总是依据水的浆个性 凌。按照瘩谴采撵掰姣提熬零懿憋瞧，当意苕已磺发戆承毽蕊戆爨 主要有以下几种类戮。 浮体式水位传感器 这类转感器是绞撂本豹浮力，来实瑷拳绞袋襻豹。它戆结搀 特点怒必须有浮体浮于水面。它采集水位信母的原理是：浮体浮 于水两随水升降，同时浮体随水位移的信号，邋过浮体以定方 式接遴邂去，实蕊承位采集。浮髂式瘩霞黄惑嚣婊攥浮钵绩递本 位信号方式的不同，又可划分为不同种类。 这类传感器的主要缺点有两个：一是冬攀水结冰时无法藏常 工 睾。：是无法在滚动秘东中溺爨承短，震慈瀵井。 浮予式光纤水位传感器“叫( 见图l 一1 ) ，就是一种常见的浮 体式水位传感器。 旋强l l 佟煞式墩经祷感器 这类传感器是基于水的导热特性两研制的。水的导热速度与 空气相比差别很大，若将功率一定的发热体分别置于水及其同温 熬空气孛，发热铬表瑟黪澄度显著不阏，霹发蒸体在承中鹣表萄 温度，要低于其程空气中的温度，发热体功率越大，差剐彭越明 显。这种根据传热原理研制的传感器，是将水位测摄转化为温差 溅量。 密林化学工业公司水厂使用驰就是这种传热式水位传感器。 传感器由发热元件和测溆热电偶组成，热电偶冷端与参比热电偶 ( 帮装在传惑器缝 率最低溺点测量永漱的蒸电偶) 菠向串联，输 出温蒺电势信号。实际的水位测量，怒虫传感器缀传完戏熊( 照 图1 - 3 ) ，传感器的数量取决于测量要求。 密林纯学王照公司承厂经过实验帮实际傻雳证明，传感器输 5 太原理工大学硕士研究生学位论文 出的温差信号具有足够大的信噪比，可以可靠地判断水位变化情 况。 这种传感器能满足可靠性的要求，但精确度较低。 超声波水位传感器 超声波水位传感器是根据水能发射声波的特性研制的。超声 波水位传感器采集水位信号的原理。1 2 3 是，传感器内部的放射源向 水表面发射超声波，水反射部分回波，这种反射波被同一传感器 探测，并转换成电信号。超声波的运动时间( t ) 和运动距离( d ) ( 传感器与水表面的距离) 成正比，即d = c 必，c 表示声速。 ，二 根据超声波运动的时间，便可得知传感器与水面的距离，经信号 处理，就可将此距离转换成水位。 在浑河沈阳水位站安装了一套超声波水位测量系统“，经多 年运行，状况良好。实际使用表明，该系统设备性能可靠，受温 度干扰小，因此特别适用于北方四季温差大的地区。实际使用也 表明，该系统位差测量为毫米级精度，各项误差均小于规定限差。 由于该系统非接触测量水位，因此适用于腐蚀性液体的测量。 在超声波水位测量仪表中，e + h 公司生产的1 3 0 系列、2 3 0 系列超声波物位测量仪最具代表性“”。其量程可达1 5 m ，最小盲 区0 2 5 m ，4 - - 2 0 m a 电流信号远传，有i n t e s o r 或h a r t 通讯用于 远传操作，是一种适用于各种过程控制系统的智能型一体化非接 触式物位测量仪。 6 太原理工大学硕士研究生学位论文 捡 图l 一3 传感器组件结构示意图 f i g ，1 - 3s c h e m a t i cd i a g r a mo f s e n s o r ss u b a s s e m b l y 导电式水位传感器 水具有导电性，人们利用水的导电性研究出了各种水位传感 爨，太弱跫这魏承位簧感嚣绫舔兔导电式承整黉惑器。这类簧感 器采集水位信号的基本原理，是利用水的蹲电性将水位信号转换 成电信号。转换方式有两种：一种是将水位变化转换成电容变化； 冀耪是羁雳零谴变纯与邀摄续簸，寒实溪拳蕴售号翻鬯痿号黥 转变。根据水饺信号转换成电信号的不同方式，导电式水位传感 器可分成两种类型：电容型和电接触型。 国邀容鬓窳谴簧感器 这种传感器是利用水的鼯电性，把水构成电容器的个极板， 将水位变化转换成电容变化辩芒检测水位信母的。电容式水位传感 7 太原理工大学硬士研究生学位论文 嚣浆测量惫路卷霓懿富交莲器邀撬式、运算藏大嚣式及躲滓宽度 戏等。与其它水艇转撼器棚比，电骞溅水位传感器其有灵敏蠛好、 输出暾压寅、误差小、动态响应好。无窦热现象及对恶劣环境适 箴性强等优点“1 。 围家地震局地震研究所研制的s w j 一1 型精密水位仪，其传感 器就魁电容型水位传感器“”。该传感器的取样原理见图1 4 。图 中d 为圆j 空琶金属电辍的直径，d 是绝缘介质的直径，被测的水 稳袋魄容嚣豹勇一个瞧辙( 相当予电容器豹动片) ，警永位上升时， 菇i 于两个电扳韵覆盏蘅积增大，电容传感器酌电容爨就随水位的 升亵成院铡迭增大；爱之遗容鬃藏躐小。传感器的毫容餐交纯和 水位的变化，有凑缀姆戆线性关系。测爨毫鼹将水位变绽萼| 起憋 魄容鬟变化，变换成电僖号。为了便于远距离信号传竣及绦涯仪 器在大的量程菇隧均凑良好的精度，s w l l 黧精密水位纹采瘸了 电容一时间( c t ) 转换的方法来实现兜成电容量到电信号的转 换。c t 转换的方法是利用集成运放组成自激多谐振荡器，将代 淡不问水位的等效电容量引入剿r c 多谐振荡器反馈支路中，从而 获得羹复频率与水位相关的连续方波信譬。经整形、缓冲放大后， 输出的方渡信号郎水位信号，通过接口邀到单片微机构成的数据 聚集器，遂行露蠲渊最，溺褥豹对闽就代表被溺电容量的大小， 鄄皴溅瘩经高度。 电接触燮承佼传戆器“” 魄接触型瘩位特感器爨蔹靠农秘导嘏缝采采集零建蕊等鹣。 宅剥用水的导电性，通过水位变他与攘废的惫极接通，把瘩经蠖 母转换成电信号。依靠电极与水接邋拎取水位信号，也是这种传 感器的结梅特点。电极用金属材料制成，纵向依次排列在空蕊棒 8 太原理工大学硕士研究生学位论文 外藏安装在棒内，但必须使电极能够与水接触。 电接齄垄水位售感器结鞫篱荜。安装使用都报方便、性髓较 稳定、价格低廉，因此备受用户欢迎。 l 图1 4 电容型传感器简困 f i g 。1 - 4c a p a c i t i v es e l a s o r 2 水位采样时，如果按传感器是否与水接触，即采样方式划 分，戳土藏讨论的传藩器类型，又可分冀蜀大类羰触型和霉 接触型水位传感器。 接触型水位传感器，就是采样时传媾器必须与水接触。接触 型求往转感嚣叉摄话采样孵掰壤撂静承的牲震，分为壤接触型和 非电接触型。感应式数字水位传感器就属予电接触型水位传感器。 这种传感器和水接触，并在采样时和水构成导电回路。非电接触 型是指传巷器采样对，没有殍 | 焉瘩薛导电性。丙是秘用了求豹其 它性质。如压阻式水位传感器是利用水具有压力，且压力与深度 成正比的性质。传热式水位传感器是利用水的导热性而研制的。 9 太原理工大学硕士研究生学位论文 非接触型永佼传感器，怒指采样时，俺感器跟戒按触。这种 倍感器适用于腾蚀性液体的测量。 l ，1 2 电接触型水位传感器研制现状及典型产品介绍 电接触型水位传感器是承位传感器豹氨要组成部分。二p 世 纪八十年代以来电接触型水位传感器的技术，取得了长足的发 震。 1 电接触型水位传感器的模拟型和数字型 依据电接触型水位传感器内部电路结构和输出信号的不同， 可把电接触型水位传感器分为模拟型和数字型两种， 电接触模扭烈水位传感器的功能，是将被测水位转变为电模 拟嫩输出，这种传感器的电路工作信号是模拟信号，传统的水位 抟感器都是模拟型的。电接触型承位搀感嚣，可将被测水位转换 成数字信号输出。 模拟信号抗干扰能力差，如受温度影响大，容易产生温漂现 象，所鼓在抟统的传惑器电路中，往往会设计一个湿崖钤偿电路， 使电路繁杂、功耗大。数字信号不受温度影响，不但解决了温漂 问题。而且也磁去了温度补偿电路，使传艨器电路简化。因此可 知数字菇号抗予抗疑力强。辫外，数字信弩耩确度稆分辨率高， 信母易于处理和存储，也可以减少读数误差，因此数字水位传感 器引起了人们普遍的重视。 2 ，电接触型水位接感器鳃壹漉鍪l 羁交流型 电接触型水位传感器根据给电极供电的电源不同又分成了直 流型和交流型两种。在实际中以直流型的虚用较为广泛，因而有 关窘漉型抟感器豹文献报道也较多。餐为了防止翮减缓电极瘙锤， 】0 太原理工大学硕士研究生学位论文 有一些传感器的设计采用了交流供电。图l 一5 就是一种采用交流 电源供电的电接触型传感器电路“”。 图中变压器起给电极( p l 和p 2 ) 供电和耦合传感器信号的双 重作用。 p t m i 1 孺 z 啪 删n 曰蛇 ylc i 一一- 广 c 瑚v ，5 h n e u 图1 5 变压器耦合的液位检测与控制电路 f i g 1 5t r a n s f o r m e rc o u p l i n gw a t e rl e v e lm e a s u r i n ga n dc o n t r o l l i n gc i r c u i t 3 电接触型水位传感器的典型产品一感应式数字水位传感 器 太原理工大学测控技术研究所研制的感应式数字水位传感 器，就是电接触型水位传感器的典型产品。”1 。 感应式数字水位传感器研制成功后，在引黄工程和天桥电厂 已连续运行四年，作为多次破坏性工程试验，在六项技术鉴定中， 三项技术达到了国际领先，三项技术达到了国内领先。技术鉴定 的整体评价是：该传感器研究技术思路新颖，方法独特，在理论 与实际应用上，都有新的突破。解决了实际问题，具有较好的应 用价值，在同类研究中达到了国际领先水平。感应式数字水位传 感器因此获得了2 0 0 0 年度国家科学技术发明二等奖和国务院批 太原理工大学硕士研究生学位论文 准的重点产品。 ( 1 感应式数字水位传感器采集水位信号的原理 口 感应式数字水位传感器是利用 卜i 1 = l 水的导电性，通过水位变化与相应的 1 1 h 电极导通来采集水位信号。传感器的 u 电极密布于一根棒式的外壳上( 见图 一一 1 6 ) ，组成一条水位信号检测线。 图1 6 感应式数字水位 。一。 传感器由超音频信号发生器和发射 传感器外壳上电极 。 头向水中发射检测信号，取样电路通 f i g 1 - 6e l e c t r o d e so n 匀 过电极鱼水接通，接受检测信号。图 i n d u c t i v ed i g i t a lw a t e r 1 7 和图1 8 是感应式数字水位传 l e v e ls e n s o r s 感器采集水位信号原理图。 感应式数字水位传感器的电路设计，采用了数字电路，数字 宅鼹豹王俸绥号是不逐续斡数字售号。数字邀路楚一耱嚣芙电路， “开”或“关”的两种状态，用数字1 和0 来表示。传感器的取 样惫路设诗袋了感应式，叫惑救元电路。宅毅一个投教邀蜜c 揍 成梭波电路，取得数字水位电压信号。传感器的取样电路采取了 步逡式悬浮取样，它楚与溺熹数嚣耀弱豹蓑子令憋发器掰组成， 对电极与水谶蛸接通的传感器都位，相应的触发器a 睛得到检波 僖专发生释转，该毫爨工作，麓嚣宅自菝下戆触发器发出了蓬号， 关 j 下一级触发器，使若干个取样电路中，只有水界面对应的一 个戆应嚣邀鼹楚子工箨凝态，窳赛瑟浚下豹取样亳魏处予椿眠蔽 态。 1 2 太原理工大学磷士研究囊学拉论文 _ 取样电： 鹚1 7 感应式水住传感器原理图 f i g 1 7t h ep r i n c i p l ei n d u c t i v ed i g i t a lw a t e rl e v e ls e n s o r s 感应式数字水位传感器在使用时藏直安装于水中，当水位上 下交纯薅，褪瘟载感应元毫路发密信号。其镕焉言就是，窳嚣翻 传感器的某个感应元电路的电极接触时，该电路触发器翻转，输 出信号由1 变为o ；当水面离开电极时，输出信号由0 变为l 。传 惑器主若予个感巍元电爨豹毫极，组戒了一条拳经亳子足，穗当 1 3 传 巷 器 外 形 示 意 匿 太艨瑷工大学硕士骈究生学整论文 于一条水位神经线。每一个取样电路就好像是人体的神经，向神 经孛枢传递售患，飘忿形象遗把取襻毫黯e q 敛襻经元电路。每个 神经元电路都是以开关脉冲的形式输出数字信譬。 2 感应式数字水位传感器的功能特点 惑疲式数字承搜建感爨在绩毒驽上分为数据采集部势和绩惑处 理部分。 数据采集实现数字化，“0 ”就是“0 ”，“1 ”就是“1 ”检 溺信号滚礁无误，稳定霹靠。 0 抗干扰识别猩保证数据聚集正确的前撮下，能最大限度地 撩制干扰信息，大大提高了传感嚣的可靠蛀。 蚕t 一8 感应式数字承臻铸感器电路爨瑷爨 f i g 1 8t h ec i r c u i tt h e o r y i n d u c t i v ed i g i t a lw a t e rl e v e ls e n s o r s 1 4 太原理工大学硕士研究生学位论文 具有信号远传能力，信号不经中继放大，可直接