[其他]电容式连续数字显示物位仪

说明书

本实用新型属于物位自动检测与控制装置。

现有各种电容式物位仪表，其前置测量部分一般由测量电桥、功放电路和振荡源等几部分组成（参见：《自动检测技术》，机械工业出版社，1982）。在电容传感器各种桥式测量电路中，其原理都是将电容变化转换成电流或电压等模拟量输出，不易直接实现物位相对高度值的数字显示。也有数字显示电容值的电容计电路（参见：《Four－Chip    meter    measures    Capacitance    to    With    1％》，Electronics，Vol，54    No，4，PP，135，February    24，1981），但这类廉价电容计，只能检测10PF以上的电容差值，由于串联电阻影响，测量微小的电容比较困难。特别是通常的电容计不能去除测量电容传感器时，引线分布电容及电极电容固定初始值等常量的影响因而不能直接用于物位测量及高度显示，更不具备物位高度的自动控制功能。

本实用新型的目的是：用脉冲宽度法及CMOS集成电路芯片实现电容式连续数字显示物位仪电路，即能直接连续显示起点任选的物位相对高度值，又能对人为规定的高低物位实现上下限告警或进、出料过程的自动控制。

本实用新型的内容如下：

在图1所示原理方框图中，作为检测元件的电容传感器〔1〕的输出总电容C_S与物位高度H₁之间的关系可写成下列形式：

C_S＝C₀＋KH₁

其中C₀和K是分别与电极参数、容器参数、被测介质参数有关的常数。C_S接入与被测电容量成正比能自激振荡脉冲宽度式预处理电路〔2〕，因为〔2〕的输出脉冲宽度T₂除与随物位高度变化而变化的测量电极电容量Ctx有关外，还受C₀和〔2〕电路内部串联电阻的影响。因此需要偏置校准电路〔3〕在〔2〕电路输出脉冲的上升沿时，产生一和C₀及〔2〕电路内部串联电阻对输出脉宽影响等效的反向负脉冲T₀，〔2〕、〔3〕两电路的输出经与门〔4〕运算后，〔4〕的输出脉宽T₂′＝T₂－T₀只与Ctx成正比。而Ctx＝C_S－C₀＝KH₁，又与物位高度成正比。〔4〕输出脉冲的上升沿启动可控时基脉冲发生器〔6〕，并使BCD数字计数器〔7〕复位，然后〔7〕对从〔6〕来的脉冲数计数，直到〔4〕输出的脉宽T₂′结束，再通过译码电路〔8〕和显示电路〔9〕实时显示计数结果。因为当〔6〕本身振荡频率一定时，所输出的脉冲数目与〔4〕的输出脉宽T₂′成正比，因此，适当调整〔6〕的频率，就可以校准显示数字，做到使读数值与物位相对高度值相一致，且起点可以任意选定。高低物位自动控制电路〔5〕由频率检测器及继电器等执行机构组成。其输入连接〔2〕的输出或〔4〕的输出均可，其输出可发出告警或开关控制信号。

为了易于理解本实用新型，下面仅以产品系列设计之中的一个实施例，结合附图2的电路原理图，对图1中的〔2〕、〔3〕、〔4〕、〔5〕部分进一步分别予以说明：

图1中的〔2〕由图2中的G₁、G₂组成，图1中的〔3〕由图2中的G₃组成，图1中〔5〕部分内部的频率检测器由图2中的G₄和D触发器组成。

两图中其余相对应的部分标注的编号相同。

G₁－G₄选用CD4098BE双可再触发单稳多谐振荡器，〔4〕选用CD4081BE2输入4回路与门；D触发器选用CD4013BE；〔6〕选用555时钟发生器；〔7〕选用HD14553BP三位BCD计数器；〔8〕选用CD4511BE七段译码器／驱动器，〔9〕选用TKS－511RT共阴极LED数码显示器。