基于參考聲速法的超聲波液位計(jì)的設(shè)計(jì)

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1、基于參考聲速法超聲波液位的檢測(cè)專業(yè)：電機(jī)與電器班級(jí)：06班姓名：陳志偉學(xué)號(hào)：2012230基于參考聲速法的超聲波液位計(jì)的設(shè)計(jì)摘要目前市場(chǎng)上的超聲波液位計(jì)品種多樣，大多采用溫度補(bǔ)償方法對(duì)超聲波傳播速度進(jìn)行校正，以提高儀表測(cè)量精度。此方法需在系統(tǒng)外加一個(gè)溫度測(cè)量單元，通過(guò)測(cè)量環(huán)境溫度，獲得實(shí)際聲速；由此也引進(jìn)了溫度測(cè)量誤差，從而限制了系統(tǒng)精度的進(jìn)一步提高。本文是利用參考聲速法實(shí)現(xiàn)聲速校正的超聲液位測(cè)量系統(tǒng)。設(shè)計(jì)中采用氣介式測(cè)量方式，將一個(gè)反射性能良好的擋板固定在超聲波探頭和液面之間通過(guò)測(cè)量擋板回波的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)精確的聲速校正，從而大大提高液位測(cè)量精度。此系統(tǒng)不但繼承了傳統(tǒng)超聲波

2、液位計(jì)的優(yōu)點(diǎn)，而且無(wú)需采集環(huán)境溫度，避免了由于測(cè)溫誤差引起的系統(tǒng)誤差。文中以超聲波原理為理論依據(jù),以超聲波傳感器為接口部件,利用超聲波在空氣中傳播的時(shí)間差來(lái)測(cè)量距離,從而設(shè)計(jì)了一套超聲波測(cè)距系統(tǒng)。這種新型聲速校正方法相對(duì)于傳統(tǒng)補(bǔ)償方法，性能更加優(yōu)越，是今后超聲波液位測(cè)量的發(fā)展方向，具有廣闊的發(fā)展前景。關(guān)鍵詞：超聲波液位計(jì)，探頭，聲速校正，擋板第一章緒論1.1液位測(cè)量的意義目前無(wú)論是開渠水位的測(cè)量、大型油罐液位的測(cè)量，還是小型容器液位的測(cè)量，或者是其他液位系統(tǒng)的測(cè)量，都對(duì)測(cè)量精度提出了越來(lái)越來(lái)高的要求。例如，石化部門使用的大型油罐容量一般在1000-100000m3之間，很

3、小的測(cè)量誤差都將會(huì)造成很大的絕對(duì)誤差，因此提高液位測(cè)量精度，不僅對(duì)油罐的測(cè)量有很重要的意義，在其他液位測(cè)量系統(tǒng)中，也處于越來(lái)越來(lái)重要的地位。近年來(lái)，隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，液位測(cè)量?jī)x表中的測(cè)量技術(shù)經(jīng)歷了有機(jī)械想機(jī)電一體化再到自動(dòng)化的發(fā)展過(guò)程。結(jié)合這兩大技術(shù)，尤其是將微處理器引進(jìn)液位測(cè)量系統(tǒng)，使得液位計(jì)的精度越來(lái)越來(lái)高，越來(lái)越來(lái)向智能化、一體化、小型化發(fā)展。在實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)需要選擇合適的液位計(jì)，滿足測(cè)量精度、測(cè)量環(huán)境等多方面的要求。1.2液位計(jì)的種類經(jīng)過(guò)不斷的努力和探索，科技工作者已經(jīng)開發(fā)出種類繁多，各具特色的液位測(cè)量?jī)x表。尤其是近二十年來(lái)，隨著微處理器的引進(jìn)，測(cè)量?jī)x表

4、發(fā)生了革命性的變化。液位計(jì)的量程從幾米到幾十米，測(cè)量精度也大大提高。根據(jù)液位計(jì)測(cè)量所涉及的液體存儲(chǔ)容器、被測(cè)介質(zhì)以及工藝過(guò)程的不同，液位計(jì)類型的選用也不同。早期的液位測(cè)量?jī)x表大多采用機(jī)械原理，通過(guò)測(cè)量某些物理參數(shù)，已達(dá)到液位測(cè)量的目的。隨著工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展，出現(xiàn)許多新的測(cè)量原理，一批具有智能控制功能、可實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量、高精度、穩(wěn)定性好的液位計(jì)相繼問(wèn)世，并應(yīng)用到越來(lái)越多的工業(yè)測(cè)量領(lǐng)域，如基于超聲波、雷達(dá)、光線等技術(shù)的測(cè)量?jī)x。根據(jù)工作原理的不同，液位計(jì)可分為以下幾種：直讀液位計(jì)，浮子液位計(jì)，靜壓液位計(jì)，電磁液位計(jì)，超聲波液位計(jì)，光纖液位計(jì)等等。傳統(tǒng)的液位計(jì)逐漸被這些新型液位計(jì)

5、所取代。新型液位計(jì)無(wú)論是在精度穩(wěn)定性還是在智能測(cè)量方面都比傳統(tǒng)液位計(jì)有著明顯的優(yōu)勢(shì)是今后液位計(jì)發(fā)展方向其中超聲波液位計(jì)以其低成本高精度非接觸式穩(wěn)定性好等優(yōu)勢(shì)受到廣泛青睞發(fā)展出了適應(yīng)不同場(chǎng)合的超聲波液位計(jì)廣泛應(yīng)用于石油化工航空航天水利氣象環(huán)保醫(yī)療衛(wèi)生食品飲料等多個(gè)領(lǐng)域超聲波液位計(jì)是非接觸測(cè)量中發(fā)展最快的一種。該技術(shù)基于超聲波在空氣傳播速度及遇到被測(cè)液體產(chǎn)生反射的原理?？蓪?shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量、測(cè)量范圍寬、并且測(cè)量不受介質(zhì)密度、介電常數(shù)、導(dǎo)電性等的影響，因此它的使用范圍非常廣泛，包括水渠、油罐、粘稠、腐蝕性及有毒液體等的液位測(cè)量。我國(guó)從就是年代開始將超聲波測(cè)距技術(shù)應(yīng)用到河流、湖泊等水

6、體的水位測(cè)量中，以及油、漿等液體的液位測(cè)量中，超聲波液位測(cè)量技術(shù)在越來(lái)越來(lái)多領(lǐng)域發(fā)揮極其重要的作用。1.3超聲波液位計(jì)概況1.3.1國(guó)內(nèi)外的超聲波液位計(jì)發(fā)展在國(guó)際上，把超聲波技術(shù)用于液位測(cè)量己有較長(zhǎng)時(shí)間，我國(guó)從20世紀(jì)90年代開始發(fā)展，將超聲測(cè)距技術(shù)應(yīng)用到河流、湖泊、水、渠等水體的水位測(cè)量中，以及油、漿等液體的液位測(cè)量中。目前國(guó)內(nèi)高精度超聲液位測(cè)量?jī)x表的發(fā)展主要采用引進(jìn)加吸收等手段，還有許多合資企業(yè)代理國(guó)外相應(yīng)產(chǎn)品。國(guó)內(nèi)自主研發(fā)超聲波液位計(jì)的公司極少，不足十家，而且在測(cè)量范圍，死區(qū)范圍和精度都低于國(guó)外超聲儀表的平均水平。有的廠家只有生產(chǎn)設(shè)備，沒(méi)有標(biāo)定裝置。由此可見(jiàn)，我國(guó)在

7、該領(lǐng)域的發(fā)展相對(duì)國(guó)外還有較大差距，在產(chǎn)品性能指標(biāo)、儀表可靠性、企業(yè)技術(shù)力量等方面都落后于西方發(fā)達(dá)國(guó)家。就精度一項(xiàng)指標(biāo)而言，目前國(guó)內(nèi)超聲波液位測(cè)量精度目前一般只達(dá)到3mm或0.5%，盲區(qū)最小為30cm。影響精度的因素除了超聲波傳感器本身的制作工藝外，還與發(fā)射和接收電路的性能以及誤差的修正方法有關(guān)。隨著人們對(duì)引起測(cè)量誤差因素的認(rèn)識(shí)以及解決方法的提出，測(cè)量精度在逐步提高。近年來(lái)國(guó)內(nèi)相關(guān)單位也加大了對(duì)這一領(lǐng)域的研究力度。在北京、上海、無(wú)錫、杭州等城市,均有一些公司小批量生產(chǎn)超聲液位儀表,并不斷開發(fā)新產(chǎn)品。天津中環(huán)天儀集團(tuán)正在推出的超聲