CN206002171U - 一种超声波物位变送器 - Google Patents
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Abstract
一种超声波物位变送器，其特征是变送器为一体式结构，供电与电流信号输出为同一回路的两线制形式，由电子单元和压电换能器密封在单一壳体内构成，电子单元包含有电压转换、单片机、换能器驱动、回波信号接收、蓝牙通信和DC4～20mA电流输出电路，压电换能器为收发合一的单换能器。壳体内封装有温度传感器。具备上述结构的超声波物位变送器，体积小巧，采用蓝牙方式进行参数设置，方便灵活。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种超声波物位变送器，属于物位测量技术领域。
背景技术
超声波物位计是利用声波反射原理测量容器内的物料高度的仪表，能够测量并显示物位值(液位或料位)、输出信号远传到主控室上位机。超声波物位计由电子单元和压电换能器及外面的壳体构成，分为一体式和分体式两类，封装有外壳的压电换能器又称为超声波传感器。当电子单元与压电换能器形成一体式结构时称为一体式超声波物位计，电子单元处于壳体内部，壳体下部组合有压电换能器；当电子单元与压电换能器各自形成独立的结构时称为分体式超声波物位计，二者之间通过外部的电缆相连接。图1为公知的一体式超声波物位计的组成结构图，图2为公知的分体式超声波物位计的组成结构图。电子单元由单片机、换能器驱动、回波接收、显示器、按键、信号远传等模块构成，单片机控制超声波信号发射模块周期性的驱动压电换能器，并处理回波接收模块识别出的回波信号，计算出测量数据。超声波物位计安装于容器上部，在电子单元的控制下，压电换能器向被测物体发射一束超声波脉冲。声波被物体表面反射，部分反射回波由压电换能器接收并转换为电信号。从超声波发射到被重新被接收，其时间与压电换能器至被测物体的距离成正比。电子单元检测该时间，并根据已知的声速计算出被测距离。通过减法运算就可得出物位值。测量结果通过LCD液晶显示，并上传到主控室，主控室根据物位值的高低来控制其他设备进行相应的操作，实现对生产过程的自动控制。
现有的超声波物位计，无论是一体式还是分体式结构，其安装使用时均需要通过其提供的按键及显示器来设置一些安装参数，以使物位计能够正常工作。超声波物位计首先测量的是到物体表面的距离，而物位值(液位或料位)是由安装高度(从压电换能器表面到容器底部的距离)减去测距值得到的，因此安装高度必须设定到物位计中，同时远传的电流信号满度、零点等其他参数也需设定。超声波物位计必须提供按键及显示器部分，供用户设置必须的参数。使得具备以上装置的超声波物位计结构较复杂，体积较大，制造成本也相对较大。
实用新型内容
本实用新型提出了对上述超声波物位计不足的解决方案，即设计一种超声波物位变送器，将电子单元中的按键及显示器部分去掉，从而压缩整个电子单元的体积，并将电子单元与压电换能器集成到一个更小的壳体上，形成一个两线制的一体式物位变送器，其通过2芯电缆向外远传DC4～20mA电流信号，并在同一回路上由外部供电，回路中4mA以下部分供变送器内部电路工作，4mA以上部分作为远处信号输出。电子单元内设计有小巧的蓝牙模块，用于收发蓝牙电磁信号，用户可以通过具备蓝牙通信的手持设备如手机来设置物位变送器所需要的安装参数，并可在距离变送器一定的范围内读取变送器的测量数据及内部参数，无需直接靠近变送器，方便调试设备。蓝牙模块采用主动休眠方式，每隔一定周期唤醒一次，这样可以有效降低变送器功耗。电压转换电路将外部供电转换为电子单元内各电路所需的工作电压，单片机系统控制压电换能器驱动电路周期性工作，回波信号接收电路接收压电换能器回波信号并触发单片机系统进行数据处理，单片机系统采集温度传感器信号并控制DC4～20mA电流输出电路的信号输出，单片机控制蓝牙通信模块与外界通信。
因此，本变送器为一体式结构，供电与电流信号输出为同一回路的两线制形式，由电子单元和压电换能器密封在单一壳体内构成，电子单元包含有电压转换、单片机系统、压电换能器驱动、回波信号接收、蓝牙通信和DC4～20mA电流输出电路，压电换能器为收发合一的单换能器。
由于声速受温度影响，为提高测量准确度，壳体内应封装有温度传感器。
从壳体内向外引出有2芯电缆，用于与外界进行信号传输，并向变送器内供电。
由于电子单元去掉了按键及显示器，进而去掉了原来用于安放电子单元的外壳，这样进一步降低了成本，降低了产品价格，节约了用户成本。由于提供了蓝牙通信，使得参数的设定更加方便灵活。
附图说明
下面结合附图对本实用新型做进一步的详细描述。
图1是公知的一体式超声波物位计的组成结构示意图。
图2是公知的分体式超声波物位计的组成结构示意图。
图3是本实用新型超声波物位变送器具体实施例组成结构示意图。
图4是本实用新型超声波物位变送器具体实施例功能框图。
具体实施方式
本文提出1个优选的具体实施例(非限定的)，具体详述如下。
以下结合附图说明本实用新型的具体实施方式。
如图3所示，整个超声波物位变送器为一体结构，电子单元及压电换能器被封装在一个密闭的塑料壳体内，并向外引出一根2芯电缆，用于供电和信号远传。压电换能器为收发合一的单换能器，谐振频率为50KHZ，量程8米。在传感器壳体的内侧放置有金属屏蔽层，用于屏蔽外界可能的电磁干扰。电子单元有以下几个电路功能模块：电源转换、单片机系统、换能器驱动、回波接收、蓝牙电路模块和信号输出电路模块等，能够驱动压电换能器向外发射超声波并接收反射回波，完成物位测量，并远传信号至上位机；电子单元内的蓝牙电路模块用于与外部具备蓝牙通信功能的手持设备如手机进行实时通信，通过手持设备对变送器进行参数设置，同时可查看测量数据，读取和修改变送器的内部参数。
图4为本实用新型超声波物位变送器功能框图。变送器由外部供电，通常为DC24v，外部供电由2芯电缆进入变送器，经二级滤波，由电压转换电路转换为电子单元内各电路所需的+3.3v和-3.3v等工作电压，并生成能够驱动压电换能器的800v高压脉冲；单片机采用超低功耗的MSP430F148芯片，单片机控制换能器驱动电路周期性的驱动压电换能器，压电换能器向外发射超声波，反射的回波被压电换能器接收并转换为微弱的电信号，回波信号接收电路将此信号进行滤波放大，放大的回波信号触发单片机进行数据处理，完成距离测量，根据内部设置的安装高度值，换算出物位值，并通过D/A转换将对应的DC4～20mA电流信号通过2芯电缆向外远传。实现蓝牙功能的芯片选用DA14580，其接收灵敏度高，发射功耗较低，能够满足本变送器的低功耗要求。单片机控制蓝牙通信模块每100ms唤醒一次，蓝牙模块唤醒后搜寻有无外界通信信号，如有则握手通信，与手持设备进行数据交换。如无外界通信信号，蓝牙模块重新休眠，以降低系统功耗。
单片机计算测量距离时要用到声速，由于声速受环境温度影响，在壳体内放置有超低功耗的温度传感器STLM20W87F，用于测量环境温度，以修正声速，保证距离和物位的测量精度。
Claims (1)
1.一种超声波物位变送器，其特征是变送器为一体式结构，供电与电流信号输出为同一回路的两线制形式，由电子单元和压电换能器密封在单一壳体内构成，电子单元包含有电压转换、单片机系统、压电换能器驱动、回波信号接收、蓝牙通信和DC4～20mA电流输出电路，压电换能器为收发合一的单换能器，变送器壳体内封装有温度传感器，从壳体内向外引出有2芯电缆，电压转换电路将外部供电转换为电子单元内各电路所需的工作电压，单片机系统控制压电换能器驱动电路周期性工作，回波信号接收电路接收压电换能器回波信号并触发单片机系统进行数据处理，单片机系统采集温度传感器信号并控制DC4～20mA电流输出电路的信号输出，单片机控制蓝牙通信模块与外界通信。
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| CN201620792901.3U CN206002171U (zh) | 2016-07-18 | 2016-07-18 | 一种超声波物位变送器 |
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN108871503A (zh) * | 2018-09-28 | 2018-11-23 | 伊玛精密电子（苏州）有限公司 | 一种智能型超声波料位传感器 |
| CN110954187A (zh) * | 2019-12-17 | 2020-04-03 | 江帆 | 一种反射式磁力隔绝物位仪表 |
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