一种防水型投入式压力传感器论文和设计-陈石平

全文摘要

本实用新型公开了一种防水型投入式压力传感器，包括防水外壳、电磁阀、大气导气管、压力传感器、第一连接电缆、遇水监测模块和第二连接电缆，第一连接电缆包括第一连接线和电缆导气管，第二连接电缆包括第二连接线和控制线，电磁阀设置在防水外壳内，电磁阀的两端分别与大气导气管和电缆导气管连接，大气导气管的另一端与外界气体连通，电缆导气管的另一端与压力传感器的负压腔相连，第一连接线的两端分别与压力传感器和第二连接线连接，第二连接线还与遇水监测模块连接，控制线与电磁阀的控制端电性连接；该防水型投入式压力传感器使用电磁阀控制电缆导气管和大气导气管与外界气体的通断，既要满足导气要求，达到了很好的防水功能。

主设计要求

1.一种防水型投入式压力传感器，包括防水外壳、压力传感器和遇水监测模块，其特征在于，还包括电磁阀、大气导气管、第一连接电缆和第二连接电缆，所述第一连接电缆包括第一连接线和电缆导气管，所述第二连接电缆包括第二连接线和控制线；所述电磁阀设置在防水外壳内，所述电磁阀的两端分别与大气导气管和电缆导气管连接，所述大气导气管的另一端与外界气体连通，所述电缆导气管的另一端与压力传感器的负压腔相连；所述第一连接线的两端分别与压力传感器和第二连接线连接，所述第二连接线还与遇水监测模块连接，所述控制线与电磁阀的控制端电性连接。

设计方案

1.一种防水型投入式压力传感器，包括防水外壳、压力传感器和遇水监测模块，其特征在于，还包括电磁阀、大气导气管、第一连接电缆和第二连接电缆，所述第一连接电缆包括第一连接线和电缆导气管，所述第二连接电缆包括第二连接线和控制线；

所述电磁阀设置在防水外壳内，所述电磁阀的两端分别与大气导气管和电缆导气管连接，所述大气导气管的另一端与外界气体连通，所述电缆导气管的另一端与压力传感器的负压腔相连；

所述第一连接线的两端分别与压力传感器和第二连接线连接，所述第二连接线还与遇水监测模块连接，所述控制线与电磁阀的控制端电性连接。

2.根据权利要求1所述的防水型投入式压力传感器，其特征在于，所述防水外壳内灌注有环氧树脂。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及水位测量领域，尤其涉及一种防水型投入式压力传感器。

背景技术

随着我国经济的不断繁荣，城市发展日新月异，大中城市的建设在突飞猛进高速发展，城市圈也在不断扩大。城市建设中会出现各种地下管道，比如下雨水道、地下污水管道、自来水管道等，这些管道每隔一段距离有一个通向地面的窨井，窨井口通常与地面平齐，并用窨井盖覆盖。

水位测量是城市水务的一项基础性工作，随着科学技术的进步，水位测量逐渐由人工观测转为自动化监测，水位自动化监测就是通过水位传感器再配合一些数据采集、传输、存贮等装置实现水位的自动监测。

投入式压力传感器也称静压式液位传感器，一种测量液体液位(深度)的压力传感器，是对压力变送器技术应用的延伸和发展，它是基于所测液体静压与该液体高度成线性关系的原理，采用隔离型扩散硅敏感元件或陶瓷电容压力敏感传感器，将液体的静压转换为电信号，再经过线性修正与温度补偿，转换成4-20mA电流模拟信号、0-5V电压模拟信号、或者485差分数字信号输出。投入式液位变送器的传感器部分(传感器头)可直接投入到被测介质中，变送器部分可用法兰或支架固定，安装使用极为方便。

静压测量原理与计算公式：当投入式压力传感器投入到被测液体中某一深度时，投入式压力传感器接触面受到的压力公式为：P＝ρ×g×h+P0，其中P为投入式压力传感器接触面所受压强，ρ为被测液体密度，g为当地重力加速度，P0为投入式压力传感器液面上的大气压，h为投入式压力传感器投入液体的深度。

通过投入式压力传感器引压孔将液体的压力引入到传感器的正压腔，同时将液面上的大气压强P0与投入式压力传感器的负压腔相连，以抵消投入式压力传感器背面的P0，使投入式压力传感器测得压强为ρ×g×h，通过测量液体的压强P，可以得到与液体压强成线性关系的液位深度：液位值。投入式压力传感器由于具有稳定性好、精度高、量程大、安装方便、土建工程量小、价格低等优点，越来越广泛地使用到窨井的水位测量中。

近年来，由强降雨引起的城市下穿隧道、立交桥下、低洼路段大量积水的现象时有发生，有些地方一年被多次淹没，其中的窨井被雨水淹没，且有愈演愈烈的趋势。在多雨的南方城市，有些捞点积水高达数米，短时间内不能及时排走，造成一些设备进水无法在使用：如安装于道路中间窨井的投入式压力传感器，由于施工不便，一般不会开凿路面将RTU(远程终端单元)和电缆(带导气管)悬挂立杆上，将就近安装于窨井内壁上，由于投入式压力传感器电缆存在导气孔需要连通外界大气，将液面上的大气压与传感器的负压腔相连，以抵消传感器背面的大气压，以提高测量精度，一旦雨水淹没导气孔，雨水沿着导气孔管进入设备内部，芯片等原器件短路烧坏，导致投入式压力传感器无法再使用。

若考虑防水因素，将导气管堵死，则根据理想气体状态方程，pV＝nRT(p是指理想气体的压强，V为理想气体的体积，n表示气体物质的量，T则表示理想气体的热力学温度，R为理想气体常数)；在相同的体积情况下，压强p与温度T成正比例关系，说明投入式压力传感器受温度影响：对于测量温度变化很大的液体，导气管内压强p也受到很大影响，下面做具体分析。

导气管堵住方案：假设电缆长度为10m、导气管的直径为1mm(体积为7.85cm^{3<\/sup>)、投入式压力传感器腔体内部气体体积1cm^{3<\/sup>、温度T＝300K；若测量液体深度10m，液体温度发生变化导致腔体和导气管内的气体温度升温10％(30K)，根据理想气体状态方程其导气管内的压强将增加10％，导致测量最坏结果误差为10％×P0，测量结果大约为1m高的水位误差，显然导气管堵死这种方法是难以接受的，水位越高、变化越大，其测量结果误差也越大。}}

电磁阀控制导气管方案：使用电磁阀控制电缆导气管和大气导气管与外界气体的通断：电磁阀属于常开型，正常情况下电缆导气管通过大气导气管与外界气体相通，将液面上的大气压强P0与投入式压力传感器的负压腔相连，以抵消投入式压力传感器背面的P0；一旦遇水监测模块检测到水位上涨信息，立即通知RTU主机，RTU主机使用控制线关闭电磁阀，电缆导气管与大气导气管之间被电磁阀阻断，电缆导气管无法与外界气体相通；直至水位下降至遇水监测模块以下，主机才断开，电磁阀恢复原状，电缆导气管与外界气体保存相通，本设计达到了很好的防水功能。

考虑到实际测量时，导气管是连通周围大气的，可以把周围大气的体积认为无穷大，再加上线性修正与温度补偿，基本不考虑液体温变对液位测量影响。基于这个思路，利用电磁阀控制电缆导气管与外界气体的通断，即可以满足测量要求，被淹没时达到很好的防水等级。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决现有技术中的缺陷，提供一种防水型投入式压力传感器，解决了现有投入式压力传感器在窨井测量水位时既要满足导气的要求又要满足被淹没时具有良好防水等级的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：

一种防水型投入式压力传感器，包括防水外壳、电磁阀、大气导气管、压力传感器、第一连接电缆、遇水监测模块和第二连接电缆，第一连接电缆包括第一连接线和电缆导气管，所述第一连接电缆包括第一连接线和电缆导气管，所述第二连接电缆包括第二连接线和控制线；

所述第一连接线的两端分别与压力传感器和第二连接线连接，所述第二连接线还与遇水监测模块连接，所述控制线与电磁阀的控制端电性连接。

为了进一步实现本实用新型，所述防水外壳内灌注有环氧树脂。

有益效果

本实用新型使用时，第二连接电缆外接RTU主机，电磁阀属于常开型，正常情况下电缆导气管通过大气导气管与外界气体相通，将液面上的大气压强P0与投入式压力传感器的负压腔相连，以抵消投入式压力传感器背面的P0；一旦遇水监测模块检测到水位上涨信息，立即通知RTU主机，RTU主机使用控制线关闭电磁阀，电缆导气管与大气导气管之间被电磁阀阻断，电缆导气管无法与外界气体相通；直至水位下降至遇水监测模块以下，主机才断开，电磁阀恢复原状，电缆导气管与外界气体保存相通，本实用新型使用电磁阀控制电缆导气管和大气导气管与外界气体的通断，既要满足导气要求，又达到了很好的防水功能。

附图说明

图1为本实用新型防水型投入式压力传感器的结构示意图；

附图标记说明：

1、防水外壳；2、电磁阀；3、大气导气管；4、压力传感器；5、第一连接电缆；6、遇水监测模块；7、环氧树脂；8、第二连接电缆；9、电缆导气管；10、第一连接线；11、第二连接线；12、控制线。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步地详细的说明，这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构。

实施例一

如图1所示，本实用新型的防水型投入式压力传感器包括防水外壳1、电磁阀2、大气导气管3、压力传感器4、第一连接电缆5、遇水监测模块6和第二连接电缆8，其中：

第一连接电缆5包括第一连接线10和电缆导气管9；

第二连接电缆8包括第二连接线11和控制线12；

电磁阀2设置在防水外壳1内，电磁阀2的两端分别与大气导气管3和电缆导气管9连接，大气导气管3的另一端与外界气体连通，电缆导气管9的另一端与压力传感器4的负压腔相连。

第一连接线10的两端分别与压力传感器4和第二连接线11连接，第二连接线11还与遇水监测模块6连接，控制线12与电磁阀2的控制端电性连接。

防水外壳1内灌注有环氧树脂7，将内部的元器件包裹起来，起到很好的防水作用，防护等级可以达到IP68，可以长时间在数米深的水中浸泡，大大提高了产品的可靠性。

使用时，第二连接电缆外接RTU主机，电磁阀属于常开型，正常情况下电缆导气管通过大气导气管与外界气体相通，将液面上的大气压强P0与投入式压力传感器的负压腔相连，以抵消投入式压力传感器背面的P0；一旦遇水监测模块检测到水位上涨信息，立即通知RTU主机，RTU主机使用控制线关闭电磁阀，电缆导气管与大气导气管之间被电磁阀阻断，电缆导气管无法与外界气体相通；直至水位下降至遇水监测模块以下，主机才断开，电磁阀恢复原状，电缆导气管与外界气体保存相通，本设计使用电磁阀控制电缆导气管和大气导气管与外界气体的通断，既要满足导气要求，达到了很好的防水功能。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式，本实用新型并不局限于上述实施方式，在实施过程中可能存在局部微小的结构改动，如果对本实用新型的各种改动或变型不脱离本实用新型的精神和范围，且属于本实用新型的权利要求和等同技术范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型。

设计图

一种防水型投入式压力传感器论文和设计

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主设计要求

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