[发明专利]一种液位测量仪及其误差补偿方法

权利要求书

1一种由机箱、面板、电路板等连接构成的液位测量仪，其特征在于：它由压力传感器及压力变送器(1)、温度传感器及温度变送器(2)、电源(3)、机箱(4)、按键(5)、LED显示器、电路板共同连接构成，其相互位置及连接关系为：压力传感器及压力变送器(1)、温度传感器及温度变送器(2)分别通过屏蔽电缆与机箱(4)内相应电路板相电气连接，电源(3)通过电源输出线与机箱(4)内相应电路板的电源端相电气连接，包括上限、下限、报警、密度、补偿、零点、数字键0～9、右移、确认键的按键(5)以及LED显示器的5位数码显示屏(6)构成的面板与机箱(4)相固定连接，按键(5)分别与机箱(4)内的相应键盘/显示接口电路相电气连接，LED显示屏(6)装于面板左侧并与机箱(4)内电路板的键盘/显示接口电路相电气连接；其电路由压力电流变送器电路、电流/电压转换多路模拟开关电路、温度电流变送器电路、A/D转换器电路、单片微机电路、数据存贮器、串行接口电路、程序存贮器、键盘/显示接口电路、LED显示器共同电气连接构成，其相互连接关系为：压力电流变送器电路分别通过压力传感器输出信号线、压力电流变送器输出信号线、电源线分别与压力传感器1、电流/电压转换多路模拟开关电路、电源相电气连接；温度电流变送器电路分别通过温度传感器输出信号线、温度电流变送器输出信号线、电源线分别与温度传感器2、电流/电压转换多路模拟开关电路、电源相电气连接；A/D转换器电路分别通过电流/电压转换多路模拟开关的开关信号输出线、A/D转换器信号输出线分别与电流/电压转换多路模拟开关电路、单片微机电路相电气连接；单片微机电路分别通过微机总线中的数据信号输出线、程序信号输出线、键盘信号输入线及显示信号输出线分别与数据存储器、程序存储器、键盘/显示接口电路相电气连接；数据存储器通过数据存储输出信号线与串行接口电路相电气连接；键盘/显示接口电路分别通过键盘信号输出线、LED显示信号输出线分别与控制按键键盘、LED显示器相电气连接；

2、一种液位测量仪的误差补偿方法，其特征在于：先准确地测量压力和温度变送器的输出信号数据，再设计一套单片微机的汇编软件程序，将程序输录到仪表的程序存储器中，在液位测量仪正常工作时，采用压力信号补偿程序，通过计算和处理测量数据，补偿压力信号的非线性误差、温度误差和零点随温度漂移产生的误差；每只传感器及变送器接入液位测量仪后，首先进行标准数据测量，再通过键盘输入到测量仪中并存入掉电不丢失的数据存储器中；本液位测量仪的“补偿”按键是设定测量数据经过补偿或不经过补偿的功能键，在测量标准数据时，设置为不带补偿功能，在正常测量工作时，则设置为带补偿功能，单片微机定时地通过接口的输出端控制和采集压力、温度数据，先采集一组压力数字信号后，再采集一组温度数字信号，利用温度信号对压力信号进行零点和量程补偿，补偿后的数据送显示器显示并通过串行接口输出。

3、按权利要求2所述的一种液位测量仪的误差补偿方法，其特征在于所述的标准数据的测量是将压力变送器(1)和温度变送器(2)放置在恒温箱(9)中，设置温度数值Ti(i＝0～6)，i是测量温度点，可以选择i间隔为+10℃或+15℃，经过较长一段时间观察温度变送器的测量数据，使温度变化范围达到所要求的精度，例如：Ti±0.01℃，并且在10分钟内压力和温度数据均稳定，则认为达到了恒温要求，可以测量一组数据V_(0，j)(j＝0～10，j为标准砝码的数值)；首先测量零点，砝码为零，测量数据V_(0，0)；加砝码P1，测量数据V_(0，1)，加砝码P1+P2，测量数据V_(0，2)，加砝码P1+P2+P3，测量数据V_(0，3)；加砝码P1+P2+P3+P4，测量数据V_(0，4)；加砝码P1+P2+P3+P4+P5，测量数据V_(0，5)；测量数据V_(i，j)中j的多少取决于标准砝码的数值或选择压力的间隔范围，通常选j＝0～6；再调节温度T1，利用相同方法测量第二组数据，以此类推测量数据V_(i，j)，(i＝0～5，j＝0～6)；其中压力测量数据共有七组数据。

4、按权利要求2所述的一种液位测量仪的误差补偿方法，其特征在于所述的压力信号补偿程序是主程序采样压力信号进入补偿程序后，在温度、压力及补偿压力的曲面内，利用二维平面的一次线性函数关系，对压力非线性误差、压力的温度误差和零点随温度漂移的误差进行补偿；设定温度Ti，(i＝0～5)，温度间隔为+10℃，从-10～+40℃，测量数据为V_(i，j)，(i＝0～5，j＝0～6)，也就是六个温度点共得到测量数据6组，每组数据7个，其中Ｔ₀＜T₁＜T₂＜T₃＜T₄＜T₅：P0＜P1＜P2＜P3＜P4＜P5＜P6；首先，判断温度信号Ti所在的区域：T0＜Tx＜T1℃之间，或者T1＜Tx＜T2℃之间，或者T2＜Tx＜T3℃之间，或者T3＜Tx＜T4℃之间，或者T4＜Tx＜T5℃之间，当Tx＜T0时按T0＜Tx＜T1℃之间计算；当Tx＞T5时按T4＜Tx＜T5℃之间计算；确定温度Tx的温度范围是T_(i，i+1)之后继续判断Tx所在的温度点，当Tx＜Ti+Ti/2时，补偿的标准数据选择Ti温度点的一组数据V_(i，j)(j＝0～6)；当Tx＞Ti+Ti/2时，补偿的标准数据选择Ti+1温度点的一组数据V_(i+1，j)，(j＝0～6)；通过温度T_x，计算出ΔT的值：

              ΔT＝T_x-T₂₅             (1)

T25为温度T＝25℃，是工业标准温度数值，也就是说最后计算出的压力或者测量的液位高度数值应该是25℃时的数值；确定温度T_x所在的温度点后，再继续判断压力P_x所在的区段，第一区段：P₀＜P_x＜P₁，第二区段：P₁＜P_x＜P₂，第三区段：P₂＜P_x＜P₃，第四区段：P₃＜P_x＜P₄，第五区段：P₄＜P_x＜P₅，第六区段：P₅＜P_x＜P₆，当P_x＜P₀时，按P₀＜P_x＜P₁计算，当P_x＞P₆时，按P₅＜P_x＜P₆计算，确定了T_x温度在第i温度点以及压力P_x在第P_j和P_j+1区段，即P_(i，j)和P_(i，j+1)，然后在这一区段内利用线性插值方法计算出实际压力数值；

计算取区段标准压力差值：

         ΔPn＝P_(i，j+1)-P_(i，j)        (2)

计算取区段标准高度差值：

         ΔHn＝H_(i，j+1)-H_(i，j)        (3)

计算出对应在25℃时的压力值：

         P_out＝Pnx×(1+α)+P_25(i，j)    (4)

其中，Pnx＝{(P_n(i，j+1)-P_n(i，j))/(P_(i，j+1)-P_(i，j))}×P_x+P_(i，j)

      α＝{(P_(i，j)-P25_(i，j))/(T_x-P₂₅)}

——P_n(i，j)是标准压力；

——P_25(i，i)是25℃时的压力数值；

计算出对应在25℃时的高度值：

      H_n25＝H_(i，j)+(ΔHn/ΔPn)×(P_out-P_25(i，j))  (5)

式(4)是经过补偿后的压力数值；式(5)是经过补偿后的高度数值。