[发明专利]一种本安两线制HART超声波外测式液位计

说明书

本发明公开了一种本安两线制HART超声波外测液位计，包括设置于待测罐体外侧分别与外测液位计处理器相连接的测量探头和校准探头；外测液位计处理器通过两线制的供电和输出共用传输线分别与显示器、监控单元相连接；仪表可以达到本安ExiaⅡBT4防爆等级，适用于0区使用，同时仪表具有自校准功能，实现高精度、安全、可靠的测量。在低功耗两线制实现的基础上应用HART协议，实现了传感器信号的数字化、智能化，能方便地修正拟合曲线和进行各种补偿及算法植入。本安ExiaⅡBT4设计基本可以满足95％的危险气体环境工业仪表使用，外测、两线制及本安HART功耗及能量匹配做到极优处理，在两线制低功耗基础上同时能够达到仪表的高精度测量，其精度可达到0.1％。

技术领域

本发明属于智能仪表技术领域，涉及一种本安两线制HART超声波外测式液位计。

背景技术

随着国家对于危险场所仪表安全等级要求的提高，传统防爆技术已经很难达到要求，通常采用仪表隔爆等方式进行防爆，其防爆等级较低，且对于部分危险化工环境的使用受到较大限制，而且一般的防爆外壳具成本大，设计不易维护，且零件的松动或者脱落会造成隔爆失效，维护成本较高，且安全隐患较高。

超声波外测技术应用是比较广泛的，其突破了传统投入式仪表的限制，外测技术解决了危化品测量的相关限制，在压力容器、易燃易爆、被测介质腐蚀性强、有毒、粘稠等领域具有广泛而又实际的应用，通过校准设计，实现安全、精准的测量。传统仪表采用手动校准的方式，校准的精度以及可靠度不高，并且是人力、物力资源一种极大的浪费，且危险场所校准的实施难度较高。

当前智能仪表系统(包括DCS及相应的模拟仪表)的发展越来越注重系统级用户信息的交互、可靠性、检测等问题，而基于成本及可靠性问题考虑，HART技术作为一种从模拟信号到全数字信号过渡一种通讯协议，特别适合于目前企业的技术和设备的改造。HART协议是唯一向后兼容的智能仪表解决方案，即它可以在提供现场总线的优越性的同时，保留对现有4～20mA系统的兼容性。而且与模拟仪表相比，HART智能仪表在成本不增加太大的前提下具有易于调试维护和更高的精度的优点。

目前的外测液位计由于所选器件的功耗等问题限制，较常采用四线制的连接方式，低功耗的两线制仪表较少，两线制电流的两根信号线既要给传感器或者变送器供电，又要提供电流信号，两线制还便于使用安全栅，利于安全防爆。

发明内容

本发明的目的在于提供一种本安两线制HART超声波外测式液位计，在使用两线制的基础上，同时采用HART通讯协议以数字形式传输过程与现场仪表的数据，实现高精度、安全、可靠的测量。

为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现：

包括设置于待测罐体外侧分别与外测液位计处理器相连接的测量探头和校准探头；外测液位计处理器通过两线制的供电和输出共用传输线分别与显示器、监控单元相连接；

所述的外测液位计处理器包括一端分别与测量探头和校准探头相连的两组发射控制电路和接收调理电路，发射控制电路、接收调理电路的另一端分别与MCU相连，在MCU控制下发射控制电路驱动测量探头、校准探头产生超声波信号，超声波信号受到液面反射产生回波，回波信号通过测量探头和校准探头反馈至接收调理电路；接收调理电路将产生的回波喜好传递给MCU进行控制，MCU通过环路电流进行输出控制，或者传送给HART处理单元进行协议解析再传递至环路电流输出进行控制，再在显示器或监控单元进行显示或远程输出。

所述的HART处理单元采用HART协议进行控制，外测液位计处理器保持4-20mA标准控制信号。

所述的HART处理单元在不中断过程信号的情况下，在同一模拟回路上同时进行数字通信。

所述的数字通信采用数字FSK信号相位连续进行传输，平均值为0。

所述的测量探头和校准探头实现自校准测量：