[实用新型]数字电容式料位变送器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种物料高度测量仪，更具体的本实用新型涉及一种数字电容式料位变送器，通过测量变送器探头与容器壁形成的电容器介电常数的大小来测量被测物料的高度。

背景技术

目前，我国所用的数字电容式料位变送器大多是从德国和美国进口的，价格昂贵。而国内生产的料位变送器大多为模拟式，抗干扰能力及标定灵活性均不及数字式。为此，自行设计和制造数字电容式料位变送器是十分必要的。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提供一种抗干扰能力强、标定灵活、价格低廉的数字电容式料位变送器。

本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种数字电容式料位变送器，通过测量变送器探头与容器壁形成的电容器介电常数的大小来测量被测物料的高度，它包括多谐振荡器，单稳态触发器，滤波器、单片机系统、压流转换、探头，多谐振荡器输出幅值、周期和占空比都一定的矩形波，该矩形波做单稳态触发器的输入，单稳态触发器也输出矩形波，其幅值、周期与输入一致，占空比与一个变化的探头的电容值成正比，经滤波器滤波后所得的直流电压与电容值成正比，经单片机系统和压流转换得到与探头的电容值成正比的电流输出。其中多谐振荡器和单稳态触发器分别由一片7555级外围器件构成，滤波器采用RC二级滤波实现，单片机系统采用M68HC908JK3单片机最小系统实现，压流转换采用压流转换芯片XTR110实现。

本实用新用新型与现有技术相比，有如下的积极效果：

1、本实用新型结构简单、电路可靠；

2、本实用新型易于制作、测量精度高；

3、本实用新型价格低廉；

4、本实用新型抗干扰能力强；

5、本实用新型标定灵活。

附图说明

图1为本实用新型结构总体框图。

图2为本实用新型检测部分电路图。

图3为本实用新型数字变送电路部分电路图。

图4为本实用新型压流转换部分电路图。

图5为本实用新型电路板无件布局图。

图6为本实用新型电路板顶面布线图。

图7为本实用新型电路板底面布线图。

图中：1-多谐振荡器，2-单稳态触发器，3-滤波器，4-单片机系统，5-压流转换，6-探头。

具体实施方式

下面结合附图详细描述本实用新型最佳实施例：

由图1所示，数字电容式料位变送器，主要由多谐振荡器1，单稳态触发器2，滤波器3、单片机系统4、压流转换5、探头6组成。

多谐振荡器1输出为幅值、周期和占空比都一定的矩形波，该矩形波做单稳态触发器2的输入。单稳态触发器2的输出也为矩形波，其幅值、周期与输入一致，占空比与一个变化的探头6的电容值Cx成正比，经滤波器3滤波后所得的直流电压与Cx也是正比的关系，经单片机系统4和压流转换5，得到与探头6的电容值Cx成正比的电流输出。Cx为变送器两极板之间的电容值。由以上分析可知，电流输出Io与被测物料的高度是成正比的关系。

单片机系统4由Motorola公司的M68HC908JK3单片机最小系统组成，压流转换5芯片为XTR110，通过对按键的操作可实现空仓标定，满仓标定，参数锁定，参数解锁以及复位等功能，它将从I/O口输入的电压经A/D转换后再进行适当的处理然后经D/A转换后输出直流电压(范围在1～5V)，此直流电压经压/流转换后得到电流输出Io，该电流与被测物料的高度是正比的关系。

多谐振荡器1和单稳态触发器2分别由一片7555级外围器件构成，元器件选择如下：R1-10k；R2-2k；R3-5k；Rx-200k；C1-0.01；C2-0.01；C3-0.1；C4-0.01。

压流转换5由一片XTR110实现。XTR110是专为模拟信号转换设计的由电压转变成电流的精密转换器。片内精密的金属膜电阻网络提供从输入电压到输出电流的线形关系比例，它的输入电压为0～10V，输出电流为4～20mA。XTR110内部还有一个单独的重要参数，即10V的参考电压输出，常用来驱动外部电路或作为它的3脚参考电压输入。实际设计中用这里的10V参考电压输出来驱动运算放大器，调解两个电位器使得运放的输出为1～5V。

图4是0～10V输入产生4～20mA电流的电路图。4脚为电压输入端；13脚和14脚分别接P-Channel MOSFET的S极和G极；D极接负载，输出电流。本本实用新型中XTR110的输入是1～5V，输出为4～20mA，接线方式：脚3、4、9、10接公共端，脚5为输入。

该变送器探头6与容器壁形成一个电容器。电容极板(探头6与容器壁)的表面积、两极板之间的距离及被测物料的介电常数决定电容量Cx的大小。当探头6固定安装于容器壁上后，被测物料之介电常数不变时，此刻的电容量Cx仅取决于被测物料的高度，并与物位成正比。通过变送器将测出的电容量转换为连续的4～20mA模拟信号输出。