如何提高超声波液位计量表的测量精度

如何提高超声波液位计

的测量精度:

1 .超声波原理

由于超声波在空气中的传播速度为340m/s，因此如果能够测定超声波在空气中的传播时间，则能够计算出其传播距离。 超声波测量液位通过测量超声波传播的时间间隙来测量声波传播的距离。 具体方法:见图1。 从安装在被测量容器顶部的超声波探头向液面发射超声波，声波被液面反射后，由探头接收。 控制器测定传播时间t，并求出从音速v到液面到探针的空间距离l。 在测量到容器底部的距离、即安装高度h的基础上，可以求出容器内的液面水平h。 计算公式如下

H=H-L在此L=v&bull； t/2

另外，由于空气温度对声速有一定的影响，因此有必要测定环境空气温度t来修正声速。 公式如下

v=331.46 0.61&bull； T(℃)

2 .超声波液位计的主要电路

超声波液位计

由超声波探头、发送控制和接收处理电路、控制器和显示等部分构成。 图2示出其硬件结构框图。 发送接收和换能器探头包括压电型换能器、收发器和温度补偿电路的收发器或发送控制和接收处理电路，主要由超声波发送脉冲宽度控制、回波信号检波、比较、微分、整形等信号处理电路构成的显示电路由74LS164和LED构成， 完成系统参数和液位高度显示的控制器是由80C552单片机组成的应用系统，主要完成按钮扫描处理、超声波发射控制、回波接收时间计算、液位换算等。 文章着重介绍了为提高测量精度和减少测量死角测量超声回波的硬件和软件对策。 电路如图3所示。

当发送出超声波时，发送波或接收回波等经由接收电路从In侧输入信号，并进行检波、放大、比较、微分，由此在d触发器的r侧形成尖峰。 该脉冲信号被整形为d触发器，以获得下跳窄的脉冲，并发送给80C552的INT端。 在20C552的中断系统中记录每次的中断时间以及从相邻的两个中断的时间间隔得知从传输到收到回声的时间，即超声波的往返时间，从而计算传播之间的距离。

3 .提高测量精度，缩小测量死角的措施

本文重点论述了利用超声波检查提高测量精度，减少测量死角的软硬件对策。

如果发生超声波发射或强馀震，就不能同时检测回声。 因此，在接近探针的发光面的一定距离内不能正常检测，形成检测死区。 常见国内外超声仪器死角范围超过0.30m。 通过对测量精度和死角形成原因的具体分析，死角的大小主要与发射波的强弱和回波检测的方法有关。 一般来说，在距离相同的情况下，载波波强，接收回波信号强，但馀震也强，死角大。 相反小。 在发送波的强度相同的情况下，检测距离越近，接收回波信号越强，死角越大。 接着，当超声波探头向液面发射超声波时，该波在液面与探头之间反射多次，在接收电路中产生多个回波，在80C552中形成一系列的中断信号。 其中，由于辐射脉冲宽度对测量精度的影响较大，本装置采取了①自动控制辐射波强弱，减小检测死区的对策进行了设计。 具体来说，通过测试性的发射和距离的检测，发射波的强弱随着检测距离的变化而变化。 ②在软件设计中，实施了几种特殊的处理方法，郡在记录回波的时刻，每次测量连续记录的回波时刻，计算回波时间时，将z后的2次时刻差作为超声波的传播时间。 通过这样进行处理，能够避免辐射脉冲宽度对测定带来的影响，能够更正确地进行测定，将死角z减小至0.05m。

此外，为了防止干扰波对测量产生影响，在接收回波的电路中增加了电平可变阈值，该电平可变阈值对由需要80C552的PWM脉冲宽度调制端子的接口电路形成的D/A转换器的输出施加。 阈值水平的高低必须尽量使回声发生的中断时刻接近回声波形的中心位置，减小波形宽度对测定时间的影响。

通过以上处理，在所要求的测量范围0.20m~8m，测量z的误差为0.006m，再现性良好的原因在于，本文设计的超声波液位计硬件结构简单，工作可靠，具有上述特征，不仅可应用于化工、电力、石油等行业水平测量，还可应用于其他测距系统

扩展阅读:铭宇自控水平计

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