数字检索式水位传感器 【技术领域】
本发明数字检索式水位传感器属于自动化检测技术领域，具体而言是一种用于水位检测的传感器。
技术背景
目前国内外在水位检测方面采用的技术和产品不少，归纳起来为以下几种：
1、超声波传感器。这类产品主要适用宽阔水域的水位探测。仪器安装在远离水面的上方，向水面发射和接收电磁波，并测量电磁波的反射波长、周期，测出水面距仪器的距离，从而测定水位。目前国内外都有此类产品生产厂家。如中国专利“自适应超声波液位仪”专利号932031064。
2、压差式水位传感器：随着半导体技术的发展，半导体表面扩散工艺在传感器平衡电桥的制作中，得到了广泛应用。扩散硅压差传感器是利用水的压强原理，在水底下检测水底压强和标准大气压的压差。它是通过水底压强使半导体扩散硅薄膜产生形变的压电效应，而获取水位信号。目前国内外都有此类产品生产厂家。如中国专利“压差计”公开号CN 86 1 05681A。
3、电容式水[物]位传感器：是近些年出现的新产品、技术，它是依靠电容原理而制作的。电容是由两极板和介质构成的，改变介质将改变电容量。水作为电容的介质，水淹没传感器越多，介质填充也越多电容量越大。通过检测电容量的大小，来检测水位。主要由西德、日本、加拿大几家生产，目前国内也有厂家生产。
4、浮子式水位传感器：它是一种最简单的水位传感器，它由一根不锈钢管和一个不锈钢空心球组成。不锈钢管内装有四个干簧继电器，空心球内装有一块永久磁铁，当空心球随着水位上下运动时，磁铁作用于继电器。整个浮子式水位传感器相当于四个定点水位开关，用这四个水位开关对水动力装置进行控制。它的优点是安装使用方便，强信号便于输送，且造价低/所以适应面广。它的缺点是不能连续测量水位，而且它依靠穿在钢管上的浮球作上下机械运动，容易出现杂物堵塞卡壳失误、特别是在流动的水中，上下游水压差使浮球与钢管间磨擦力增加，形成卡壳。在工程应用中需要建井，使工程造价大幅提高。如中国专利“浮子式水位计”，公开号CN 86 1 07944 A。
5、直流电极式水位传感器：属装配型传感器，这种形式的传感器，其检测原理是根据水的导电特性，当电极通过与水接触时形成直流电流或电压，直接或经一个电阻及一个三极管组成地简单电路。信号用导线(一点对一线多线输出或简单并联两线输出)传给后续处理电路。电极用铜或不锈钢或其它金属材料制成，按纵向依次排列在空芯棒外或安装在棒内在棒上至少开一个进水口，使电极能够接触到水；由于电极纵向排列，受电极尺寸和电极之间必须留有一定间隙制约，使测量精度受到限制。如中国专利“水位变色显示器”公告号CN2183556Y，它只适用于小容器或静止的蓄水池、水塔、集水箱等场合使用(如专利：CN2212775Y，CN2072677U，CN2045479U)。由该传感器的构成形式决定了其管内和管表空隙处都易滞留泥沙、水垢和污物，容易造成极间连接，引起传感器失效。该传感器是以牺牲电极为代价进行水位检测的，需经常检修或更换电极，它也是一种简单的控制型水位传感器，实用性差。(如专利：公告号CN2183556Y，CN2212775Y，CN2072677U中均为一点对一线多点引出信号)
随着科学技术的迅猛发展，水位监测不只是大型水利工程和工业自动控制中应用，高楼大厦的高位水箱、水塔、城市地下水道管网、地下水池水井等等，都需要水位监控。都需要新技术来解决当前存在的问题，引黄入晋工程的水位监测问题就是突出的一例。工业控制和民用事业中的水位控制，在现代化的今天仍然用的是浮球、浮子式水位控制方式。急需要有新的、既能满足高性能又能适用面广的通用水位监控装置。
【发明内容】
本发明的目的在于：
1、解决现有技术不能解决的问题，如传感器稳定性、可靠性和恶劣条件下使用的广泛适应性。
2、扩大适用范围，解决安装、使用、维护方便的问题。使之能适应满足各种使用条件。如深井、隧道、下水道、地下管道等水位监测。
3、降低造价，提供一种结构简单，适应性强的，可直接采样的普及通用型水位传感器。
本发明数字检索式水位传感器，是一种水位信号可直接数字取样的传感器，一种数字检索式水位传感器，其特征在于是一种由A、B、C三节组成的对水位点实现数字检索式取样的传感器，按功能A、B、C三节接插组成，接插部位为全防水接插，其电路芯片部份，用绝缘材料板制成其骨架并按各节功能组装相应电路，第一节内组装恒压电路(11)、休眠式供电电路(12)、微处理器、时钟电路(10)及传感器运行软件拷贝调试部分，第二节内组装检索电路(14)、检测电路(16)并安装传感元电极(6)，第三节内安装检测信号发送电路(3)，固定于支撑骨架背面上的传感元电极(6)其间隔为1厘米或按使用要求制造，传感元电极(6)由耐腐蚀材料制成，传感器芯片电路板(8)与引线端子(9)、信号发送器(3)分别按A、B、C三节，用绝缘材料浇铸后，成为一个固体圆型棒式传感器。
该传感器特征主要在于两个方面，一方面是传感器电路，另一方面是它特殊的结构。其传感器电路是由若干个传感元电路对水位逐点实现数字化信号取样，由微处理器和软件检测程序构成的。数据逐点检索、数字统计、数字变送、输出数字信号等功能(详见电路原理图图4)。其传感器结构在于它是由三节圆形棒体接插连接构成(详见传感器结构图一、图二、图三)。第一节的功能为信号变送与检索控制，第二节功能为检索检测电路，第三节功能为信号发送，每节内的电路板都是置于一个有上下两排的支撑骨架上，支撑骨架用绝缘材料制成。支撑骨架的下面固定有若干块传感器芯电路板，支撑骨架的上面固定有传感元电极，传感元电极之间间隔为1厘米(或按使用要求制造)，传感器芯片电路板与引线端子、信号元、外壳用绝缘材料浇铸后成为一个固体棒式传感器。
本发明数字检索式水位传感器的制备，其特征在于制备分为两部分进行，一部分是电路芯片的制备，另一部分是结构外壳的制备。数字检索式水位传感器按功能分A、B、C三节接插组成(具体见传感器结构图一、图二、图三)，接插部位为全防水接插。其电路芯片部份的制备，首先选用绝缘材料板制成其骨架并按各节功能组装相应电路。第一节内组装恒压电路(11)、休眠式供电电路(12)、微处理器、时钟电路(10)及传感器运行软件拷贝调试。第二节内组装检索电路(14)、检测电路(16)并安装传感元电极6。第三节内安装检测信号发送电路(3)。其固定于传感器芯骨架背面上的传感元间隔一般为1厘米(也可根据使用要求设置)。传感元电极由耐腐蚀材料制成，最后将制成的传感器芯放入模具，用可塑性绝缘材料浇铸成固态方形(或圆形)棒式传感器。
上述芯片骨架最好用与浇注材料一致的绝缘材料板制成，传感元电极最好由非磁性、耐腐、导体材料制成。引线端子是用塑料和环氧树脂或其它绝缘材料制成的，具有全封闭能力的防水三芯电器接插件。芯片与外壳经浇铸后成为一个固态实体，其截面一般为直径40毫米，长度根据具体情况一般可设计为每节50-80厘米。其传感器成型、浇注工艺、压铸工艺和设备用自行设计并委托加工的专用设备。
上述数字检索式水位传感器的使用，其特征在于：
第一、该传感器信号输出为国际标准的RS-485接口，可与计算机及其数字化仪器仪表直接接轨。数字检索式水位传感器有三部分组成，第一部分的功能是信号变送与检索控制。与以往的传感器接口技术不同之处，该传感器的检索控制系统将采集到的数字信号传递给信号变送器，经过数字信号变送器转换就可直接与通用的RS-485连接。
第二、安装使用方便：由传感器的原理所决定，该传感器对安装地点条件没有特别的要求，无需建测井或其他辅助设施。传感器自由垂直固定安装在水位变幅范围内即可使用。为满足水位变幅范围内的全量程使用，传感器的B节，可多节接插使用(可接插成十几米到几十米长)，如安装条件不能满足同一点上垂直安装的情况下(如河滩、海滩、水库沿岸，无需竖高架固定安装)，可实施按标高，分段、分节，阶梯式多点安装，同样可实现连续监测计量目得。
第三、信号可远传可建无人职守检测站：传感器信号引出线额定可直接输送三公里，最大可到二十公里，所以在监测点可不建监测站，信号可直送中继站。可实现监测站全程无人值守。
发明的主要用途及优点
1、用途：用于工矿企业的水位自动化控制。用于矿山、冶金、建材、电力、化工等工矿企业和水资源管理，水文测报的自动化检测控制。
2、优点：a、信号具有抗干扰能力强，不受温度、电波电场等、环境条件影响。
b、测量误差小，稳定可靠。
c、全投入式，具有不怕泥沙污物不怕粉尘堵塞掩埋。
d、安装、使用、维护方便。不受安装条件所限制。
【附图说明】
图1数字检索式水位传感器的结构图。
图2数字检索式水位传感器的内芯片正面图
图3是数字检索式水位传感器截面图
图4是数字检索式水位传感器原理图。
1、传感器A节 2、传感器B节
3、传感器C节 4、接插连接螺丝
5、电路芯体骨 6、感应元电极
7、绝缘材料浇铸材料 8、电路板
9、水封引线接插件 10、变送、时钟、CPU、检索指令电路
11、恒压电路 12、5V休眠式供电电路
13、信号发送元 14、检索电路
15、选通电路 16、取样电路
具体实施方式：
数字检索式水位传感器结构：
传感器A节：直径40mm，长度为120毫米。内骨架上组装有变送、时钟、CPU、检索指令电路和恒压电路板、5V休眠式供电电路。
传感器B节：直径40mm，长度为640毫米。内骨架上组装有检索电路、选通电路、取样电路板和64个感应元电极。
传感器C节：为直径40mm，长度为50毫米的镍铬合金体。该传感器芯片骨架用环氧树脂板做成，按各节电路装配调试好后，放入模具中，用环氧树脂浇铸而成。(芯片与外壳经浇铸后成为一个实体)
引线端子用自行设计的带有水封的接插式引线端子，(该接插件，在接插紧固好后无需做其它防水处理。