基于DZ_H扩散硅液位变送器的水位测量系统设计_徐磊
AUEC AO910扩散硅变送器 AO910w扩散硅投入式液位变送器 说明书
AO910W ┆ ┆ ┆ ┆ ┆ ┆ ┆ ┆ ┆ ┆ ┆ ┆ ┆ ┆ ┆ ┆ ┆ ┆ ┆ ┆ ┆ ┆ ┆ ┆ ┆ ┆ ┆ AO910W
扩散硅投入式液位变送器 代号 E F1 F3 D ┆ ┆ ┆ ┆ ┆ ┆ ┆ ┆ ┆ ┆ ┆ ┆ ┆ ┆ ┆ ┆ ┆ ┆ ┆ ┆ ┆ ┆ E 结构形式 一体式 分体式铠装型 316L SS 管 分体式电缆型 法兰直装式 代号 A B C D E F G H ┆ ┆ ┆ ┆ ┆ ┆ ┆ ┆ ┆ ┆ ┆ ┆ ┆ D 2 测量范围 0～1mH2O 0～2mH2O 0～5mH2O 0～10mH2O 0～20mH2O 0～50mH2O 0～100mH2O 0～200mH2O 代号 2 3 ┆ ┆ ┆ ┆ ┆ ┆ ┆ ┆ ┆ ┆ E 精度等级 0.1% 0.2% 代号 E S ┆ ┆ ┆ ┆ ┆ ┆ ┆ 输出信号 4～20 mA DC 二线 智能 HART 现场总线协议信号输出 代号 Lm ┆ ┆ ┆ ┆ ┆ (10m) 电缆长度 单位 代号 M3 i d 缺省 （米） 选项 带 3 1/2 数字显示表 头(仅分体式) 本安型 [Exib]IICT6 隔爆型[Exd]II CT6 电缆线 ←变送器选型举例 PN1.0（默认） ，如需其它安装方式
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910 扩散硅变送器 AO AO9 910W 扩散硅投入式液位变送器 AO AO9
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扩散硅压力变送器的工作原理
扩散硅压力变送器的工作原理
硅压力变送器是一种常用于工业控制和自动化系统中的压力测量设备。
它通过使用硅晶片作为灵敏元件，可以将压力转换为电信号输出。
具体工作原理如下：
1. 压力感应：当被测介质施加压力时，该压力会作用在硅晶片上。
硅晶片由一层薄膜硅材料制成，具有高度的灵敏度和可靠性。
压力导致硅晶片发生微小的形变，形变程度与压力大小成正比。
2. 桥路电路：硅压力变送器采用了一个称为“压力传感器桥路电路”的电气结构。
该电路由多个电阻和硅晶片组成，形成一个平衡电桥。
硅晶片的形变引起了电桥的不平衡。
3. 桥路输出：电桥的不平衡导致电压信号的变化。
这个变化的电压信号可以通过连接的电路进行放大和处理。
4. 电信号转换：经过放大和处理后，变送器将变化的电压信号转换为标准的电流信号，通常为4-20mA或0-10mA。
这个电流信号可以被接收器或控制系统读取和解析。
5. 输出读数：接收器或控制系统接收到电流信号后，可以将其转换为实际的压力读数或作为输入信号进行进一步的控制。
总之，硅压力变送器的工作原理是利用硅晶片作为灵敏元件，
通过测量硅晶片形变引起的电桥不平衡来转换压力为电信号输出。
扩散硅液位计的测量原理
扩散硅液位计的测量原理扩散硅液位计的测量原理可不是简单的事，听着好像有点儿复杂，但其实它的工作原理就像一位老朋友，在你最需要的时候，总会给你带来惊喜。
想象一下，你有一个水池，水位时高时低。
这时候你就想知道水到底有多少，嘿，这个时候扩散硅液位计就能派上用场啦！它通过一种非常巧妙的方式来“感知”水位。
没错，它就像一双看不见的眼睛，能准确地告诉你水面离底有多远。
说到测量原理，其实可以从“扩散硅”这两个字入手。
扩散硅，听起来挺高大上的吧？其实它的原理就像人们在水面上漂浮的小船。
液位计内部有一个很小的膜，这个膜是用扩散硅材料做成的。
水位的变化会导致这个膜受到不同的压力，想象一下，水越高，压力就越大，这就像小船在水面上摇晃，水位低的时候，小船就安静地待着。
这个膜就把水的压力转化成电信号，嘿，真是高科技！别看它简单，实际上，扩散硅液位计的精度可是相当高的。
这就像你测量一米线的时候，哪怕差个几厘米，结果就天差地别。
而扩散硅液位计的灵敏度可不是盖的，甚至能感应到微小的水位变化。
对于一些行业，比如化工、石油和食品行业，水位的变化直接关系到生产的安全和效率。
想象一下，某个化工厂的液位计突然失灵，搞不好就会发生大事情，所以说，这个液位计的重要性可见一斑。
扩散硅液位计的耐用性也是一大亮点。
通常情况下，它们都能抵挡住恶劣的环境，这就好比一位顶天立地的汉子，无论风吹雨打，依然坚守岗位。
很多液位计在极端温度和压力下仍然能正常工作，真是让人放心。
再加上它们对化学物质的适应性，像是面对各种液体时都能游刃有余，给人的感觉就像是千杯不醉的酒仙。
说到应用场景，扩散硅液位计简直无处不在。
水处理、锅炉、冷却塔，甚至连我们生活中常见的游泳池，都能看到它的身影。
想象一下，游泳池水位过低，孩子们玩耍都没法下水，真是让人心急如焚。
扩散硅液位计恰好能帮助我们实时监测水位，确保游泳池的水位始终保持在最佳状态。
选择液位计的时候，大家可得擦亮眼睛。
市场上各种各样的液位计琳琅满目，怎么选？得考虑液体的性质，温度和压力等等。
扩散硅压力变送器工作原理
扩散硅压力变送器工作原理
扩散硅压力变送器是一种常用的压力测量设备，其工作原理主要基于硅的力敏效应。
它含有一个硅元件，该元件一侧与被测介质接触，另一侧与供气系统连接。
当被测介质的压力作用于硅元件的一侧时，硅元件受到压力的作用而发生微小形变。
硅元件的变形会导致电阻值的变化。
硅压力变送器通过测量这个电阻值的变化来确定被测介质的压力。
具体来说，硅压力变送器的硅元件上附着有应变电阻片。
当压力施加在硅元件上时，硅元件的形变会导致应变电阻片发生形变。
应变电阻片的电阻值随形变而发生变化。
硅压力变送器中的电路通过测量应变电阻片的电阻值来确定压力的大小。
常用的方法是将应变电阻片组成一个电桥电路，通过接入电源和测量电阻的方式来测量电桥的平衡电压。
通过测量电桥平衡电压与应变电阻的关系，可以计算出压力的数值。
此外，硅压力变送器还有一些辅助电路，如温度补偿电路和放大电路等，以保证测量的准确性和稳定性。
总之，扩散硅压力变送器的工作原理是利用硅元件受压力作用而发生形变，进而导致应变电阻片的电阻值变化，通过测量电桥平衡电压来确定压力的大小。
扩散硅压力变送器工作原理
扩散硅压力变送器工作原理摘要：扩散硅压力变送器是一种常用的传感器，广泛应用于工业自动化、测量和控制系统中。
本文将详细介绍扩散硅压力变送器的工作原理，包括其结构、原理、测量范围和应用领域等方面的内容。
一、引言扩散硅压力变送器是一种通用型的压力传感器，可用于测量各种液体和气体的压力。
它的工作原理基于硅材料的特性，在应力作用下产生微小的电阻变化，进而转换为电信号。
本文将从结构、原理和应用领域等方面来详细介绍扩散硅压力变送器的工作原理。
二、扩散硅压力变送器的结构扩散硅压力变送器的主要结构包括压力探头、硅芯片、衬底、阻抗变送器和连接线等组成。
1. 压力探头：压力探头是扩散硅压力变送器的测量部分，它常采用不锈钢材料制成，具有良好的耐腐蚀性和密封性能。
在压力作用下，探头会受到应力，而触发硅芯片的电阻变化。
2. 硅芯片：硅芯片是扩散硅压力变送器的核心部件，也是其实现压力测量的关键。
硅芯片通常由压敏电阻、导线和连接电路组成。
在压力作用下，硅芯片会发生微小的形变，进而改变导线上的电阻值。
3. 衬底：衬底是支撑硅芯片的底部材料，通常采用硅玻璃或金属材料制成。
衬底在压力变化时可以保持硅芯片的形状稳定，同时起到保护和支撑作用。
4. 阻抗变送器：阻抗变送器是扩散硅压力变送器的信号转换部分，它将硅芯片上的电阻变化转换为标准的电信号输出。
常见的阻抗变送器有电压输出型和电流输出型，可根据实际需要选择。
5. 连接线：连接线用于将扩散硅压力变送器与测量和控制系统进行连接，传输压力信号和供电信号。
连接线通常采用防水、耐高温的材料制成，以确保信号的可靠传输和稳定性。
三、扩散硅压力变送器的工作原理扩散硅压力变送器的工作原理基于硅材料的压阻效应。
当压力探头受到外界压力作用时，硅芯片会发生微小的形变，导致其上的压敏电阻值发生变化。
1. 压敏电阻的变化：硅芯片上的压敏电阻通常采用电阻片的形式，具有较高的敏感度和稳定性。
在压力作用下，由于硅芯片的微小形变，电阻片的形状和尺寸会发生变化，导致电阻值的改变。
一种扩散硅压力式密度静态测量系统
一种扩散硅压力式密度静态测量系统
在制糖等轻化工程中,为了全面实现工艺过程及质量的自动控制,需要对溶
液的密度、浓度等万分进行测量,而密度的在线测量与湿度、流量、压力及液位等非电量测量相比,较为落后。
谐振式和奥我力式密度计工作原理复杂,价格昂贵,未能在工业过程中普及;压差式密度测量一般采用具有可动部件和测量精度
不高的机械式压力传感器（或压力变送器）[1],测量精度和响应速度不能满足工业过程测量需要。
在1980 年末到1990 年初,扩散硅压力传感器技术有了新的突破,不仅无可动部件,并且具有动态响应快和测量精度高等优点,它为扩散硅压力
传感器的二次开发提供了一个很好的机遇。
基于扩散硅压力传感器的密度测量
方法和其它测量方法相比,具有结构简单、性能价格比高及易于工程实现等优点。
密度测量在轻化工业中,有着良好的应用前景,对其进行研究具有重要的工程应
用价值。
1 扩散硅压力式密度测量系统组成
扩散硅压力式密度测量系统硬件由采样装置、信号放大调理电路、数字信号
处理电路及微型打印机组成。
1.1 采样装置
在工业过程中,被测的溶液要经过储存罐和管道上下传输,因此溶液具有一定
的高度。
为了便于研究,我们采用图1 所示的采样装置（整个高度为1.5 米）模拟工业测量对象。
在图1 中,测量筒3 上安置的两个扩散硅压力传感器1、2 之
间距离为H,而两个传感器距测量筒液面的距离分别为h1 和h2;筒内的被测溶液4 可为糖水、酒精、盐水及其它单相流体。
因此,若忽略溶液密度的变化,两个传感器间的压力差为：。
基于声波共振的液位测量实验系统设计与测试
基于声波共振的液位测量实验系统设计与测试徐晓滨;李果;方丹枫【摘要】The structure and measurement principle of the liquid level measurement system based on the low frequency acoustic resonance are introduced,and a set of such system based on this principle is designed.The system is composed of the hardware data acquisition device and the software information processing module. The transmission and reception of the acoustic signal are realized by the hardware data acquisition device,and the received acoustic signal is processed by the software information processing module in real time.The experimental system covers the occurrence of the sweep frequency signal,acquisition of the acoustic signal, collection of temperature data,extraction of the resonance frequency,and calculation and display of liquid level information,which helps students to have a deeper understanding of the principle of diffraction and resonance, master the basic process of the hardware design and development,and improve their ability of software and hardware design.%设计了基于低频声波共振的液位测量系统.该系统由硬件数据采集装置与软件信息处理模块组成,硬件数据采集装置实现声波信号的发送和接收,软件信息处理模块实时地处理接收到的声波信号.该实验系统涵盖了扫频信号的发生、声波信号的采集、温度数据的采集、共振频率的提取、液位信息的计算及显示,有助于学生对声波的衍射和共振的原理有更加深入的了解,掌握硬件设计以及开发的基本流程,提高学生的软、硬件设计的能力.【期刊名称】《实验技术与管理》【年(卷),期】2018(035)003【总页数】5页(P35-39)【关键词】液位测量;声波共振;状态监测【作者】徐晓滨;李果;方丹枫【作者单位】杭州电子科技大学自动化学院,浙江杭州 310018;杭州电子科技大学自动化学院,浙江杭州 310018;杭州电子科技大学自动化学院,浙江杭州 310018【正文语种】中文【中图分类】TB95超声波液位测量方法应用广泛[1-2]，但在实际的工业应用中,被测液体表面常常漂浮大量的泡沫、残渣等异物，当超声波遇到漂浮在液面上的异物会发生寄生反射现象,降低超声波液位仪的测量精度[3-4]。
基于热扩散原理的压力容器水位测量系统设计
基于热扩散原理的压力容器水位测量系统设计
徐思捷;王雪梅;吴茜;吕鑫;朱毖微
【期刊名称】《科技视界》
【年(卷),期】2018(000)027
【摘要】为实现核动力装置事故后压力容器水位监测,设计了基于热扩散式水位探测器的压力容器水位测量系统.该系统由热扩散式水位探测器和信号处理机柜构成.热扩散式水位探测器测量关键点水位,信号处理机柜采集探测器信号,并为探测器提供加热电流,对数据进行处理,判断水位测点情况,显示液位情况并发出报警信号.系统具有测量直观,信号处理简单等特点,能提高核动力装置的安全性和可靠性.
【总页数】2页(P25-26)
【作者】徐思捷;王雪梅;吴茜;吕鑫;朱毖微
【作者单位】中国核动力研究设计院,四川成都 610213;中国核动力研究设计院,四川成都 610213;中国核动力研究设计院,四川成都 610213;中国核动力研究设计院,四川成都 610213;中国核动力研究设计院,四川成都 610213
【正文语种】中文
【中图分类】TP212
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扩散硅式差压变送器-文档资料
检测控制仪表与装置
—控制仪表—
AD7715是以∑－△原理工作的16 位模数转换器 采用单一5V(AD7715－5)或 3V(AD7715－3)电源供电 可用最少数量的口线与单片机或 微处理器相接 适用于单通道低速小信号采样的 应用场合。
RETURN
22
检测控制仪表与装置
—控制仪表—
CPU
1. AT89S8252微处理器 ，它与MCS-51兼容。
r r r 2 1 U U ( U U ) 2 U F 4 0 3 B Z 0 4 r 2 r r 2 r r 2 r 1 2 1 2 1 2
回放
8
检测控制仪表与装置
—控制仪表—
r r r r r r 2 1 2 1 2 U ( U U ) 2 U U U U F 4 0 3 B Z 0 4 T 4 0 2 B U r 2 r r 2 r r 2 r r 2 r r 2 r 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2
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检测控制仪表与装置
—控制仪表—
∑-Δ转换技术
Σ-Δ调制器包含1个差分放大器、1个积分器、1个比较器以及1个由1bit DAC（1个简单的开关，可以将差分放大器的反相输入接到正或负参考电 压）构成的反馈环。 反馈DAC的作用是使积分器的平均输出电压接近于比较器的参考电平。 调制器输出中“1”的密度将正比于输入信号，如果输入电压上升，比较 器必须产生更多数量的“1”，反之亦然。 积分器用来对误差电压求和，对于输入信号表现为一个低通滤波器，而 于量化噪声则表现为高通滤波。这样，大部分量化噪声就被推向更高 的频段。如果对噪声成形后的Σ-Δ调制器输出进行数字滤波，将有可能移 走比简单过采样中更多的噪声。
r U r U r U r U r U r U r U 2 0 21 B 2 B 2 0 31 B 1 Z 2 0 4
扩散硅压力传感器及变送器参数测试系统
第22卷 第3期 西 安 工 业 学 院 学 报 V ol122 N o13 2002年9月 JOURNA L OF XIπAN I NSTIT UTE OF TECH NO LOGY Sept.2002扩散硅压力传感器及变送器参数测试系统Ξ刘继勇1,刘星2(1.西安工业学院电子信息科学与工程系,陕西西安710032;2.西安东方机电集团有限公司)摘 要: 采用具有自校验和信号调理功能的24位ADC,开发设计了一种高精度数据采集系统.该系统能对扩散硅压阻传感器和变送器的特性参数进行高精度的检测;同时,亦可对热电偶等具有毫伏信号输出的传感器进行检测和标定.作者阐述了该测试系统的原理和构成,介绍了软硬件设计.关键词: 测试系统;扩散硅压阻传感器;压力变送器;高精度检测中图号: TP21219 文献标识码: A 文章编号: 100025714(2002)0320225205P arameter test system for diffuse silicon piezoresistance sensorand pressure transmitterLIU Ji2yong1,LIU Xing2(1.Dept of E lct Engr,X i’an Inst of T ech,X i’an710032,China;2.X i’an D ong fang M ech G roup C om pany) Abstract: A high precision data collection system is designed by using24bits ADC which has the function of self-calibration and signal processing.An accurate test for diffuse silicon piezor esistance sens ors on pressure transmitters and the transducers like therm ocouples,with mV signals outputin can performed with the system.The w orking principles, system structure and s oftware design are introduced in this paper.K ey Words: test system;diffuse silicon piezoresistance sens or;pressure transmitter;high precision test目前,扩散硅压阻传感器的精度已有了大幅度提高,如IC SE NSE ORS公司的96、97系列传感器其压力非线性为±0.1%FS,温度漂移为±0.005%FS℃[1].变送器精度提高,也对传感器的检测提出了更高的要求.虽然,传感器在出厂前均对各项参数做过详尽的检测,但用户在使用时仍存在筛选的必要.本文介绍的数据采集系统就是为此目的而设计的.系统采用了美国ANA LOG DE VICES公司的具有自校验和信号调理功能的24位ADC AD7714作为A/ D转换器件,保证了数据采集精度;同时采用单片机进行系统校准、报警和显示控制.该测试系统既可以用于扩散硅压阻传感器的检测和变送器的调试,又可对热电偶等具有毫伏信号输出的传感器进行检测和标定,还可以作为一个可扩展的数据采集前端.Ξ收稿日期:2002204208作者简介:刘继勇(1956-),男(汉族),西安工业学院工程师,从事智能化仪器仪表研究.1 系统构成、原理和功能测试系统主要包括压力源(通常可取压力校验台)、A/D转换模块、数据处理模块(单片机)、显示报警模块和电源模块.测试系统原理框图如图1所示.图1 系统原理框图测试系统将压力校验台提供的标准压力信号传给传感器或变送器,传感器电桥输出的毫伏信号可直接进行模数转换,变送器输出的4～20mA 标准电流信号经I/V 转换后再送至模数转换.单片机对采集的数据信号进行计算处理和越限判断,然后结果送显示器显示或声光报警.根据不同的测试指标要求,可进行单点测量或多点测量.该系统主要用于高精度检测扩散硅压阻传感器和变送器的零点和满量程输出、压力非线性和迟滞等特征参数的测量.同时,亦可对热电偶等具有毫伏信号输出的传感器进行检测和标定.为了使系统使用灵活,在软件功能上不做特定设定,主要保证系统精度,如果用户需对采集来的数据进行较为复杂的处理,可基于微机平台进行进一步的扩展.2 硬件结构2.1 压力源压力源为传感器和变送器提供标准的压力信号.压力源作为一个独立的模块可根据传感器精度等级确定.在选取时充分考虑了测量的范围和精度,对于0.1级的变送器可选取0.02级的压力校验台.压力信号通过传感器和压力变送器转换为电压或电流信号供单片机使用.2.2 电源电源部分分别给传感器、变送器和主电路供电.为了防止电源和信号之间产生干扰,电源和主电路单独布板.对传感器一般要求恒流源供电,扩散硅压阻传感器要求1～1.5mA.恒流源的特性直接影响系统精度,故应选取精度高、稳定性好的恒流器件.对变送器要求提供12～36V 直流可调电压,以便检查其低电压和过压工作性能.主电路要求提供5V 直流电压,为AD7714、89C51和液晶显示器供电.传感器和主电路的电源质量直接影响整个系统622 西 安 工 业 学 院 学 报 第22卷的参数测试精度,设计PC B 板时,模拟信号输入端避开了电源线和数字信号线的干扰,数字地线和模拟地线分开布设,最后一点接地.2.3 A/D 转换A/D转换是将传感器和压力变送器提供的模拟信号转换为数字信号以供单片机计算处理使用.本装置采用了ANA LOG -DE VICES 公司的AD7714芯片及其外围电路,输入端设置保护.晶振选用1MH z ,数据采集速率为2H z ,内部数据类型为双极性,2.5V 参考电压.数据读出采用查询方式,与CPU 的I NT 0连接.电路原理图如图2所示.图2 A/D 转换原理图2.4 数据处理单片机作为测试系统的核心部分,其功能是根据AD7714采集的传感器和压力变送器的数据,进行计算处理,把计算结果与系统设定值进行判断比较,并送至显示器.单片机选取AT ME L 公司的89C51[2].其提供4KEPROM ,128Bytes 的内部RAM ,13个I/O 口线(AD7714需用5个,看门狗需用1个,串行EEPROM 需用4个,液晶显示电路需用3个),选择12MH z 振荡频率.W ATCH DOG 电路选用ADM706PAN 芯片及其相应外围电路.数据处理部分原理如图3所示.2.5 显示报警显示部分采用三个6位背光液晶显示器,显示器与单片机之间采用串行通讯方式[3],分别显示传感器和压力变送器的毫伏信号、电流和电压信号,并可以进行单位切换识别.当出现操作失误或电路故障引起输入信号超过设定值时,系统给出声光报警信号,提醒操作人员检查故障.722第3期 刘继勇等:扩散硅压力传感器及变送器参数测试系统 图3 数据处理原理图3 软件设计软件设计主要完成与AD7714的通讯、计算、校准和显示报警的工作.主程序和各模块用P LM 语言,3字节数据计算模块用汇编语言.在软件设计时,为了系统扩充和移植方便,采用了模块化设计,对一些特征参数设置为全局变量,各模块之间采用子程序调用连接.软件设计的关键是对AD7714的操作,每一次与AD7714的通讯都应根据需要设置控制寄存器、通讯寄存器等.数据采集采用查询方式,进入子程序模块后先关中断,模块执行完后再开中断.3.1 主程序模块主程序主要完成初始化,采集系统基准校核,进行AD7714端口识别和设置、读取采集的数据并进行计算和判断.为了提高系统抗干扰能力,设计了看门狗电路,根据调试,在AD7714采样频率设置为2H z 时,程序一次执行时间约为0.8s ,故主程序每个循环都应清看门狗一次.主程序流程图如图4所示.3.2 子程序模块系统采用模块化设计,这既有利于系统维护、移植和扩充,同时也便于调试.子程序主要包括初始化模块、计算模块、校准模块和三字节数据加、减、乘、除、移位等运算模块,其中三字节数据运算模块直接调用工程文件.初始化模块 初始化应包括显示电路检查、读93C46中的系统设置参数值,并设置822 西 安 工 业 学 院 学 报 第22卷图4 主程序流程图AD7714的通讯寄存器、滤波寄存器、模式寄存器.计算模块 计算模块先对采集来的数据进行数字滤波,再根据系统基准将均值进行校准修正.通过系统参数中的满量程的设定值,计算出所采集数据相对应的毫伏、压力或电流值.计算结果送液晶显示和报警模块.校准模块 测试系统应定期校准,以尽可能减少系统误差.校准包括压力校准和电气校准,以消除压力源和电路元器件所带来的偏差和时漂.程序设计上包括设置AD7714、采集数据和写93C46等操作当前参数值,以满足实时校验的要求.4 结束语该系统在设计时强调了测试精度,采用模块化设计,压力源可根据实际需要更换,系统参数可灵活修改,对于扩散硅压阻传感器和变送器的特性参数能方便的进行高精度的检测.同时,系统具有很强的移植和扩充功能,其电路部分可以作为一个良好的模拟信号采集前端.参考文献:[1] 强锡富.传感器[M].北京:机械工业出版社,1998[2] 孙涵芳,徐爱卿.MCS -51系列单片机原理及应用[M].北京:北京航空航天大学出版社,1988[3] 何立民.MCS -51系统单片机应用系统设计———系统配置与接口技术[M].北京:北京航空航天大学出版社,1998922第3期 刘继勇等:扩散硅压力传感器及变送器参数测试系统 。
基于Smith预估模糊PID的浮选液位控制系统设计
基于Smith预估模糊PID的浮选液位控制系统设计
徐昊;刘海增
【期刊名称】《山东煤炭科技》
【年(卷),期】2024(42)2
【摘要】浮选机内液位高低影响着浮选效果和生产稳定性,针对煤泥浮选中浮选机液位对浮选结果产生的影响,结合浮选液位控制系统的特点及其性能要求,采用了一种将Smith预估控制、模糊控制、PID控制结合的液位控制系统,并利用MATLAB 中Simulink模块设计浮选液位仿真模型,进行仿真分析,同时改变液位以测试系统的稳定性。
通过对传统PID、模糊PID及Smith预估模糊PID控制算法进行比较可知,液位控制系统采用Smith预估模糊PID算法,其控制效果由于传统PID和模糊PID控制,调节时间更短,稳定性更强,提高了浮选机液位的稳定性,能更好地满足浮选过程对液位的要求。
【总页数】5页(P156-160)
【作者】徐昊;刘海增
【作者单位】安徽理工大学
【正文语种】中文
【中图分类】TD94
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传感器与微系统（Transducer and Microsystem Technologies）2014年第33卷第6期基于DZ-H扩散硅液位变送器的水位测量系统设计徐磊，时维铎，邢玉秀，徐振，李阳（南京林业大学信息科学技术学院，江苏南京210037）摘要：目前国内主要通过浮子式水位计、压力式水位计、超声波水位计等技术进行水位的监测控制，存在着读数波动大、实时性差、投入成本高等缺点。
基于DZ-H扩散硅液位变送器进行了外围硬件电路与软件设计，并进行了水位测量实验。
实验结果表明：设计的DZ-H扩散硅液位变送器测量电路工作可靠，由于温度引起的最大温漂为0．07mA/ħ，测量液位时的误差不超过0．04m，精度较高。
该设计可实时监测水位的变化，动态显示数据，且不受水底淤积等因素对测量数据的影响。
关键词：DZ-H扩散硅液位变送器；STC12C5A60S2；水位监测技术；高阻抗差分放大中图分类号：TV91文献标识码：B文章编号：1000—9787（2014）06—0104—03Design on water level measurement system based on DZ-H diffusion silicon liquid level transmitterXU Lei，SHI Wei-duo，XINGYu-xiu，XU Zhen，LI Yang（College of Information Science and Technology，Nanjing Forestry University，Nanjing210037，China）Abstract：At present，water level monitoring and control are carried out mainly through float type，pressure type and ultrasonic wave water level gauge，which has drawbacks such as large fluctuations of reading and poor real-time and high investment costs．Peripheral hardware circuit and software design based on DZ-H diffusion silicon liquid level transmitter，and water level measurement experiment are carried out．Experimental results show that the designed measurement circuit of DZ-H diffusion silicon liquid level transmitter is reliable，because the biggest temperature drift caused by temperature change is0．07mA/ħ，liquid level measurement error is not more than 0．04m，the precision is higher．The design can real-time monitor change of water level and dynamically show datas and overcome effects of underwater alluvial on measurement datas．Key words：DZ-H diffusion silicon liquid level transmitter；STC12C5A60S2；water level monitoring technology；high impedance differential amplifier0引言水位监测在航道船闸、码头、水库、水文站等场合起着至关重要的作用，目前，国内主要采用浮子式水位计、压力式水位计、超声波水位计等作为测量工具。
但浮子式水位计受水底的淤积等影响较大，不能够实时的传送数据，还需要定时的进行人工维护，耗时耗力；压力式水位计容易受温度、水流的影响，导致读数不稳定；超声波水位计可以实时的传送数据，但是投入成本比较高，安装麻烦，受传播介质的影响也比较大。
扩散硅投入式液位变送器能够克服以上缺点，直接投入到被测量的液体中进行测量，不受水底淤积的影响，可以实时的进行数据传送，制作成本低，使用方便。
但是，目前扩散硅投入式液位变送在国内没有得到广泛的应用，技术还不成熟，需要进一步的探索、研究［1 3］。
收稿日期：2013—10—231DZ-H扩散硅液位变送器工作原理DZ-H扩散硅液位变送器是一种可以直接将水位转换为标准电信号，以便二次仪表使用的器件，它安装方便、结构简单、经济耐用，能够实时监测水位的变化，可广泛应用于河道、航道船闸水位监测、污水处理、高楼水池、水文地质等场合。
DZ-H扩散硅液位变送器可以直接投入被测介质里进行测量，与其它的传感器相比，使用起来更加方便快捷。
被测介质的压力直接作用于传感器的膜片上（不锈钢或陶瓷），使膜片产生与介质压力呈正比的微位移，使传感器的等效电阻值Ｒ变为Ｒ＇，根据扩散硅的特性可知Ｒ＇=1/（d1·d2·p·S），（1）式中d1为扩散硅的压阻特性系数；d2为扩散硅受力与发401第6期徐磊，等：基于DZ-H 扩散硅液位变送器的水位测量系统设计生位移的线性比例系数；p 为传感器所在介质位置的压强；S 为传感器膜片的面积。
当液位变送器投入到被测液体中时，传感器受到的压力为p =ρ·g ·H +p o ，（2）式中ρ为被测液体密度；g 为当地重力加速度；p o 为液面上大气压；H 为变送器投入到液体的深度。
DZ-H 扩散硅液位变送器采用+24V 的直流电源供电，根据伏安特性I =E /（Ｒ＇+r ），（3）式中E 为电源电压；Ｒ＇为传感器受压后的阻值；r 为250Ω的采样电阻，r Ｒ＇，忽略r 的大小I ≈E /Ｒ＇．（4）综合式（1）、式（2）、式（4）可得I =E ·d 1·d 2·S （ρ·g ·H +p o ）．（5）由式（5）可知，液体的深度H 与测得的电流I 呈线性关系，传感器输出4 20mA 的标准电流信号。
但是由于空气大气压p o 的存在，给输出信号带来了4mA 的偏置电流，可以通过硬件的方法进行校正。
2系统结构设计本设计采用STC12C5A60S2单片机作为控制器，对采集得到的数据进行处理。
单片机可采集的信号为0 5V 标准电压信号，而变送器输出的是4 20mA 标准电流信号，因此，需要设计压流转换电路将标准的电流信号转换为电压信号。
本设计通过与变送器串接250Ω相对误差为0．1%的高精密采样电阻器，将电流信号转换为1 5V 的电压信号，然后通过一个高阻抗的差动放大电路，将减去1V 的基值电压，得到0 4V 的电压信号，再经过运算放大器放大1．25倍，最后得到标准的0 5V 电压信号，送给单片机进行数据处理和显示，系统的总体结构框图如图1所示［4，5］。
显示模块单片机差分放大模块零点补偿模块传感采集模块图1系统总体结构框图Fig 1Overall structure block diagram of system2．1传感采集电路的设计DZ-H 扩散硅液位变送器是电流型变送器，采用+24V电源供电，将测量水深转换为4 20mA 的标准电流信号，本设计采用250Ω精度为0．1%的精密电阻器作为压流转换元件，得到1 5V 的电压信号，供后面的电路进行处理，其模块电路如图2所示。
2．2带零点补偿的差分放大电路为了得到0 5V 的标准电压信号，就必须将传感采集模块得到的1 5V 的电压信号减掉1V 的基值电压，然后采样电阻器1-5V25024V 传感器图2传感器采集模块电路Fig 2Circuit of sensor acquisition module再进行放大，因此，需要设计提供1V 电压的零点补偿电路。
本设计采用电压细分技术，可以精确地得到0．8 1．3V 之间的任意电压，不仅满足了系统的要求，还能减小系统误差。
得到0 4V 的电压信号后，要想得到0 5V 的标准电压信号，需要将其放大1．25倍，供单片机处理使用。
本设计首先用电压跟随器，来隔离采集电路和放大电路之间，防止2个模块电路相互干扰。
采用高阻抗差分放大电路，具有差分电路的性能，不仅可以抑制共模信号造成的偏差，还可以在一定程度上抑制温度漂移。
在2个运放LM 324的反相输入端，用1k Ω的固定电阻器和2k Ω的滑动变阻器代替2k Ω的固定电阻器，这样可以精确调节放大倍数，确保放大倍数为1．25，减小系统的误差，其模块电路图如图3所示。
图3高阻抗差分放大电路Fig 3Circuit of high impedance differential amplifier2．3单片机最小系统电路与显示电路本系统采用STC12C5A60S2单片机作为总的控制器，进行数据的处理。
STC12C5A60S2自身带有10位的A /D 转换器，完全可以满足本系统对转换精度的要求。
扩散硅变送器输出的电流信号经过处理后，最后转换为标准的电压信号，送给单片机进行处理，经过一系列的数据运算后，转换为4位十进制数据，用数码管SM4105进行显示。
数码管采用74LS164进行驱动，并采用虚拟I /O 口技术，通过I 2C 数据总线将数据传送给74LS164，驱动数码管进行显示。
另外，DZ-H 扩散硅变送器需要用到+24V 电源供电，而单片机和显示模块需要+5V 电源供电，为了避免因设备工作时需要多路电源供电带来的不便，本系统采用B2405S 电压转换模块，将+24V 的电压直接转换为+5V 电压，供单片机使用，也使设备的安装更加简捷［6 8］。
5013软件设计软件部分对单片机和液位传感器的初始化，并对采集到的电压进行保留2位小数的处理，然后对采集到的电压进行A/D转换，并对A/D转换的结果Ｒes进行分段处理。
通过对大量实验数据的分析，得知各段的水深值Disp和A/ D转换的结果Ｒes之间均是线性关系，符合Disp=k·Ｒes－b的形式，但不同段的Ｒes值对应的k和b的值不同。
不同段的Ｒes值经过不同的运算之后，最后将处理后的值保存在Disp，送显示模块进行显示，系统的软件流程如图4。
图4程序流程图Fig4Program flow chart4实验结果1）温度对DZ-H扩散硅变送器的影响DZ-H扩散硅变送器的工作温度在－20 60ħ，将变送器分别放在不同的水温下，测量不同深度时变送器的输出电流，转换为测量深度后与实际深度作对比，得到的结果如表1所示。