超声波物位变送器的工作原理及设计

今天为大家介绍一项国家发明授权专利——一种超声波物位变送器。该专利由大连仪源科技有限公司申请，并于2017年3月8日获得授权公告。

内容说明

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。

发明背景

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。

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。

发明内容

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。