基于参考声速法的超声波液位计的设计

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1、基于参考声速法超声波液位的检测专业：电机与电器班级：06班姓名：陈志伟学号：2012230基于参考声速法的超声波液位计的设计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

2、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液位测量的意义目前无论是开渠水位的测量、大型油罐液位的测量，还是小型容器液位的测量，或者是其他液位系统的测量，都对测量精度提出了越来越来高的要求。例如，石化部门使用的大型油罐容量一般在1000-100000m3之间，很

3、小的测量误差都将会造成很大的绝对误差，因此提高液位测量精度，不仅对油罐的测量有很重要的意义，在其他液位测量系统中，也处于越来越来重要的地位。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想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液位计的种类经过不断的努力和探索，科技工作者已经开发出种类繁多，各具特色的液位测量仪表。尤其是近二十年来，随着微处理器的引进，测量仪表

4、发生了革命性的变化。液位计的量程从几米到几十米，测量精度也大大提高。根据液位计测量所涉及的液体存储容器、被测介质以及工艺过程的不同，液位计类型的选用也不同。早期的液位测量仪表大多采用机械原理，通过测量某些物理参数，已达到液位测量的目的。随着工业自动化的发展，出现许多新的测量原理，一批具有智能控制功能、可实现非接触测量、高精度、稳定性好的液位计相继问世，并应用到越来越多的工业测量领域，如基于超声波、雷达、光线等技术的测量仪。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

5、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

6、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

7、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