畢業(yè)設(shè)計論文—基于參考聲速法的超聲波液位計的設(shè)計

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1、基于參考聲速法超聲波液位的檢測專業(yè)：電機與電器班級：06班姓名：陳志偉學(xué)號：基于參考聲速法的超聲波液位計的設(shè)計摘要目前市場上的超聲波液位計品種多樣，大多采用溫度補償方法對超聲波傳播速度進(jìn)行校正，以提高儀表測量精度。此方法需在系統(tǒng)外加一個溫度測量單元，通過測量環(huán)境溫度，獲得實際聲速；由此也引進(jìn)了溫度測量誤差，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現(xiàn)聲速校正的超聲液位測量系統(tǒng)。設(shè)計中采用氣介式測量方式，將一個反射性能良好的擋板固定在超聲波探頭和液面之間通過測量擋板回波的時間，實現(xiàn)精確的聲速校正，從而大大提高液位測量精度。此系統(tǒng)不但繼承了傳統(tǒng)超聲波液位計的優(yōu)點，而且

2、無需采集環(huán)境溫度，避免了由于測溫誤差引起的系統(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間差來測量距離,從而設(shè)計了一套超聲波測距系統(tǒng)。這種新型聲速校正方法相對于傳統(tǒng)補償方法，性能更加優(yōu)越，是今后超聲波液位測量的發(fā)展方向，具有廣闊的發(fā)展前景。關(guān)鍵詞：超聲波液位計，探頭，聲速校正，擋板第一章緒論1.1液位測量的意義目前無論是開渠水位的測量、大型油罐液位的測量，還是小型容器液位的測量，或者是其他液位系統(tǒng)的測量，都對測量精度提出了越來越來高的要求。例如，石化部門使用的大型油罐容量一般在1000-m3之間，很小的測量誤差都將會造成很大的絕對誤

3、差，因此提高液位測量精度，不僅對油罐的測量有很重要的意義，在其他液位測量系統(tǒng)中，也處于越來越來重要的地位。近年來，隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，液位測量儀表中的測量技術(shù)經(jīng)歷了有機械想機電一體化再到自動化的發(fā)展過程。結(jié)合這兩大技術(shù)，尤其是將微處理器引進(jìn)液位測量系統(tǒng)，使得液位計的精度越來越來高，越來越來向智能化、一體化、小型化發(fā)展。在實際應(yīng)用中，可根據(jù)需要選擇合適的液位計，滿足測量精度、測量環(huán)境等多方面的要求。1.2液位計的種類經(jīng)過不斷的努力和探索，科技工作者已經(jīng)開發(fā)出種類繁多，各具特色的液位測量儀表。尤其是近二十年來，隨著微處理器的引進(jìn)，測量儀表發(fā)生了革命性的變化。液位計的量程從幾米

4、到幾十米，測量精度也大大提高。根據(jù)液位計測量所涉及的液體存儲容器、被測介質(zhì)以及工藝過程的不同，液位計類型的選用也不同。早期的液位測量儀表大多采用機械原理，通過測量某些物理參數(shù)，已達(dá)到液位測量的目的。隨著工業(yè)自動化的發(fā)展，出現(xiàn)許多新的測量原理，一批具有智能控制功能、可實現(xiàn)非接觸測量、高精度、穩(wěn)定性好的液位計相繼問世，并應(yīng)用到越來越多的工業(yè)測量領(lǐng)域，如基于超聲波、雷達(dá)、光線等技術(shù)的測量儀。根據(jù)工作原理的不同，液位計可分為以下幾種：直讀液位計，浮子液位計，靜壓液位計，電磁液位計，超聲波液位計，光纖液位計等等。傳統(tǒng)的液位計逐漸被這些新型液位計所取代。新型液位計無論是在精度穩(wěn)定性還是在

5、智能測量方面都比傳統(tǒng)液位計有著明顯的優(yōu)勢是今后液位計發(fā)展方向其中超聲波液位計以其低成本高精度非接觸式穩(wěn)定性好等優(yōu)勢受到廣泛青睞發(fā)展出了適應(yīng)不同場合的超聲波液位計廣泛應(yīng)用于石油化工航空航天水利氣象環(huán)保醫(yī)療衛(wèi)生食品飲料等多個領(lǐng)域超聲波液位計是非接觸測量中發(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液體產(chǎn)生反射的原理?？蓪崿F(xiàn)非接觸測量、測量范圍寬、并且測量不受介質(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量。我國從就是年代開始將超聲波測距技術(shù)應(yīng)用到河流、湖泊等水體的水位測量中，以及油、漿等液體的液位測量中，

6、超聲波液位測量技術(shù)在越來越來多領(lǐng)域發(fā)揮極其重要的作用。1.3超聲波液位計概況1.3.1國內(nèi)外的超聲波液位計發(fā)展在國際上，把超聲波技術(shù)用于液位測量己有較長時間，我國從20世紀(jì)90年代開始發(fā)展，將超聲測距技術(shù)應(yīng)用到河流、湖泊、水、渠等水體的水位測量中，以及油、漿等液體的液位測量中。目前國內(nèi)高精度超聲液位測量儀表的發(fā)展主要采用引進(jìn)加吸收等手段，還有許多合資企業(yè)代理國外相應(yīng)產(chǎn)品。國內(nèi)自主研發(fā)超聲波液位計的公司極少，不足十家，而且在測量范圍，死區(qū)范圍和精度都低于國外超聲儀表的平均水平。有的廠家只有生產(chǎn)設(shè)備，沒有標(biāo)定裝置。由此可見，我國在該領(lǐng)域的發(fā)展相對國外還有較大差距，在產(chǎn)品性能指標(biāo)、

7、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)國家。就精度一項指標(biāo)而言，目前國內(nèi)超聲波液位測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)。隨著人們對引起測量誤差因素的認(rèn)識以及解決方法的提出，測量精度在逐步提高。近年來國內(nèi)相關(guān)單位也加大了對這一領(lǐng)域的研究力度。在北京、上海、無錫、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)天儀集團正在推出的超聲波液位計具有0.2%FS的