专 业： | 电机与电器 | 班 级： | 06班 |
姓 名： | 陈志伟 | 学 号： | 2012230 |
牵引带 | | | 超高功率石墨电极 |
基于参考声速法超声波液位的测量
显示器玻璃摘要
目前市场上的超声波液位计品种多样，大多采用温度补偿方法对超声波传播速度进行校正，以提高仪表测量精度。此方法需在系统外加一个温度测量单元，通过测量环境温度，获得实际声速；由此也引进了温度测量误差，从而限制了系统精度的进一步提高。
本文是利用参考声速法实现声速校正的超声液位测量系统。设计中采用气介式测量方式，将一个反射性能良好的挡板固定在超声波探头和液面之间，通过测量挡板回波的时间，实现精确的声速校正，从而大大提高液位测量精度。此系统不但继承了传统超声波液位计的优点，而且无需采集环境温度，避免了由于测温误差引起的系统误差。
文中以超声波原理为理论依据, 以超声波传感器为接口部件, 利用超声波在空气中传播的时间差来测量距离, 从而设计了一套超声波测距系统。这种新型声速校正方法相对于传统补偿方法，性能更加优越，是今后超声波液位测量的发展方向，具有广阔的发展前景。 关键词：超声波液位计，探头，声速校正，挡板
第一章 绪论
1.1液位测量的意义
近年来，随着电子技术的迅速发展，液位测量仪表中的测量技术经历了有机械向机电一体化再到自动化的发展过程。结合这两大技术，尤其是将微处理器引进液位测量系统，使得液位计的精度越来越来高，越来越来向智能化、一体化、小型化发展。在实际应用中，可
根据需要选择合适的液位计，满足测量精度、测量环境等多方面的要求。
1.2液位计的种类
根据工作原理的不同，液位计可分为以下几种：直读液位计，浮子液位计，静压液位计，电磁液位计，超声波液位计，光纤液位计等等。传统的液位计逐渐被这些新型液位计所取代。新型液位计无论是在精度稳定性，还是在智能测量方面都比传统液位计有着明显的优势，是今后液位计发展方向。其中超声波液位计以其低成本高精度非接触式稳定性好等优势受到广泛青睐，发展出了适应不同场合的超声波液位计，广泛应用于石油化工，航空航天，水利，气象，环保医疗卫生，食品饮料等多个领域。
超声波液位计是非接触测量中发展最快的一种。该技术基于超声波在空气传播速度及遇到被测液体产生反射的原理。可实现非接触测量、测量范围宽、并且测量不受介质密度、介电常数、导电性等的影响，因此它的使用范围非常广泛，包括水渠、油罐、粘稠、腐蚀性及有毒液体等的液位测量。我国从就是年代开始将超声波测距技术应用到河流、湖泊等水体的水位测量中，以及油、浆等液体的液位测量中，超声波液位测量技术在越来越来多领域发挥极其重要的作用。
1.3超声波液位计概况网络视频传输
1.3.1国内外的超声波液位计发展
在国际上，把超声波技术用于液位测量己有较长时间，我国从20 世纪90 年代开始发展，将超声测距技术应用到河流、湖泊、水、渠等水体的水位测量中，以及油、浆等液体的液位测量中。目前国内高精度超声液位测量仪表的发展主要采用引进加吸收等手段，还有许多合资企业代理国外相应产品。国内自主研发超声波液位计的公司极少，不足十家，而且在测量范围，死区范围和精度都低于国外超声仪表的平均水平。有的厂家只有生产设备，没有标定装置。由此可见，我国在该领域的发展相对国外还有较大差距，在产品性能指标、仪表可靠性、企业技术力量等方面都落后于西方发达国家。
就精度一项指标而言，目前国内超声波液位测量精度目前一般只达到3mm或0.5%，盲区最小为30cm 。影响精度的因素除了超声波传感器本身的制作工艺外，还与发射和接收电路的性能以及误差的修正方法有关。
随着人们对引起测量误差因素的认识以及解决方法的提出，测量精度在逐步提高。近年来
国内相关单位也加大了对这一领域的研究力度。在北京、上海、无锡、杭州等城市,均有一些公司小批量生产超声液位仪表,并不断开发新产品。天津中环天仪集团正在推出的超声波液位计具有0.2%的精度，1mm分辨力，是新品的代表之一。深信不久的将来,我国产品一定会有更加长足的进步。
1.3.2超声波液位计的优点与局限性
与其他种类的液位计相比，超声波液位计具有以下优点：
(1)非接触测量，超声波换能器安装在页面上方，不与被测介质接触，可方便的测量腐蚀性、粘稠性或有毒液体。
(2)适应性强，适用范围广，不受介质密度、介电常数、导电性的影响，对被测液体的物理化学性质的适应性极强。
(3)适用于有毒、有腐蚀、高粘度的液体测量，弥补了其他液位计在此类恶劣性测量环境的不足。
(4)通用性好，液位计即可测量开区液位，也可测量大型储油罐等液体液位。安装拆卸方便。
(5)几乎没有机械可动部件，无磨损，使用寿命长，重量轻。换能器内的压电元件以声频振动，振幅小，寿命长。
1.3.3超声波液位测量方法
目前，采用超声波测量液位的方法很多，有声波阻断法、脉冲回波法、共振法、频差法等连续液位测量方法，还有连续波阻抗法、连续波穿透式、脉冲反射式和脉冲穿透式等定点液位测量方法。
（1）声波阻断式是利用超声波在气体、液体和固体中被吸收而衰减的情况不同，来探测在超声波探头前方是否有液体或固体存在。当夜位达到预定高度时，超声波被阻断，即可发出报警信号或进行限位控制。
（2）脉冲回波测距法是利用声波在同一介质中有一定的传播速度，而在不同的密度的介质分界面处会产生反射，从而根据声波从发射到接收到液面回波的时间间隔来计算液位。根载体构建
据超声波探头安装的位子不同，该方法可分为气介式、固介式、液介式三种。
液介式：
图1-1a液介式单探头 图1-1b液介式双探头 图1-1c底置探头
气介式：
真空环境
图1-2a气介式单探头 图1-2b气介式双探头
固介式：声波经固体棒或金属管传播，经液面发射后再由固体棒传回接收换能器。这种方法由于由于有一定的局限性，所以应用的很少。
（3）共振法测量液位的基本原理是通过调节超声波的频率，使得探头和液面之间建立共振状态，根据共振频率和介质声速计算出探头至液面的距离。如果不知道声速，也可以利用某一固定距离测量时的共振，两者比较，计算探头至液面的距离。
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