[发明专利]基于热电偶测温原理的智能温差液位计系统及其实现方法

权利要求书

1.一种基于热电偶测温原理的智能温差液位计系统，其特征在于，所述液位计系统包括液位计和测量液位计液位的测量系统，所述测量系统用于实现对液位计的N个16路K型热电偶的输出电压信号进行分时采集，对所采集到的多点温度数据处理后，得到液位高度信息。

2.如权利要求1所述的智能温差液位计，其特征在于，所述液位计包括安装管体和N个16路K型热电偶，在安装管体的一端留有供所有N个16路K型热电偶引线的出线口，N个16路K型热电偶按照5-10mm间距通过焊接的方式固定在安装管体内。

3.如权利要求2所述的智能温差液位计，其特征在于，所述N个16路K型热电偶的热端排依次水平排布，与被测液位的连通金属管壁接触，用于采集连通金属管壁的温度分布。

4.如权利要求2所述的智能温差液位计，其特征在于，所述安装管体由一段一侧开口的钢管构成，在所述安装管体按照设定间距设置有安装热电偶的安装孔。

5.如权利要求1所述的智能温差液位计，其特征在于，所述测量系统包括16路模拟开关、运算放大器、RC滤波电路、单片机、液晶显示屏和AD421芯片；N个16路K型热电偶、16路模拟开关、运算放大器、RC滤波电路、单片机和AD421芯片依次连接；所述液晶显示屏与单片机连接；所述单片机与16路模拟开关连接。

6.如权利要求5所述的智能温差液位计，其特征在于，所述N取值为8个，所述16路模拟开关的个数为8个；所述AD421芯片与远程控制室连接；所述液晶显示屏选用1602液晶屏显示模块，显示字符容量是2*16＝32个。

7.如权利要求6所述的智能温差液位计，其特征在于，所述测量系统实现对上述8个16路K型热电偶的输出电压信号进行分时采集，经8个16路模拟开关、运算放大电路和RC无源滤波电路后，传输给单片机；

所述单片机对所采集到的多点温度数据处理后，得到液位高度并通过液晶显示屏进行显示，利用AD421芯片把液位高度信号转化为4mA～20mA的标准工业电流传输至远程控制室内。

8.如权利要求5所述的智能温差液位计，其特征在于，所述单片机具有54组数字I/O接口，16组模拟量输入端口，4个UART通信端口，用于数据处理和通信，其中14组数字I/O接口用于PWM输出。

9.一种如权利要求1-8中任一项所述的基于热电偶测温原理的智能温差液位计系统的实现方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：

(1)液位计系统初始化：

在液位计系统初始化过程中，根据液位测量的实际需求，通过设定接入液位计系统8个16路K型热电偶的数目来设定液位计的有效量程，通过设定接入液位计系统8个16路K型热电偶的位置分布来设定液位计的测量精度；

(2)采集多路热电偶信号：选用8个16路模拟开关来接入8个16路K型热电偶的输出信号，选择的模拟多路开关芯片为CD4067；

(3)8个16路K型热电偶输出信号的放大及滤波：

滤波采用RC无源滤波电路实现，放大采用运算放大电路实现，所述运算放大电路采用集成芯片LM324并与电阻匹配，使其放大倍数为200倍；

(4)计算液位高度：

单片机的一个扫描周期得到8个16路K型热电偶的温度数值，记为T_i，i＝1，2，...128，ΔT_i＝T_i+1-T_i，i＝1，2，...127，如果ΔT_i＝max(ΔT₁,ΔT₂,...ΔT₁₂₇)，则液位高度位于第i个热电偶与第i+1个热电偶之间；ΔT_i为最大的第i个热电偶与第i+1个热电偶之间的温度差值；ΔT₁,ΔT₂,...ΔT₁₂₇分别为第2个热电偶和第1个热电偶之间的温度差值，第3个热电偶和第2个热电偶之间的温度差值，......，第128个热电偶与第127个热电偶之间的温度差值；

(5)采用液晶显示屏显示液位高度：

(6)两线制标准回路电流信号的转换与输出，并实现远程的实时监控。

10.如权利要求9所述的实现方法，其特征在于，所述步骤(6)中，单片机将液位高度信息输入AD421芯片的DATA引脚，如果在两个连续的数据锁存信号LATCH信号间有16个时钟上升沿，则装入移位寄存器的数据为4mA～20mA数据，在数据锁存信号LATCH信号的上升沿，输入移位寄存器的数据以16位并行方式传送到单片机中的DAC寄存器；

DAC寄存器中的数据若为全0则为4mA电流输出，若为全1则为20mA电流输出；

AD421芯片内部2.5V基准源REFOUT2脚用作REFIN输入基准电压，外接一个4.7μF去耦电容；

单片机内的DAC寄存器后接时序滤波器，外接3个低介质吸收的电容，通过单片机内的LOOPIN引脚和N沟道MOS管DN2540的另一端输出循环电流分别接电流表的负极和正极，实现远程的实时监控。