超聲波液位計測量方式研究與探討 一

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行校正，以提高儀表測量精度。此方法需在系統外加一個溫度測量單元，通過測量環境溫度，獲得實際聲速；由此也引進了溫度測量誤差，從而限制了系統精度的進一步提高。

課題設計了一種利用參考聲速法實現聲速校正的超聲液位測量系統。設計中采用氣介測量方式，將一個反射性能良好的參考擋板固定在超聲波探頭與液面之間距離一定的位置，通過測量擋板回波的時間，實現精確的聲速校正；并用單片機雙定時器對擋板反射回波和液面反射回波進行精確計時，從而大大提高了液位測量精度。此系統不但繼承了傳統超聲波液位計的優點，而且由于無需采集環境溫度，避免了由于測溫誤差引起的系統誤差，還簡化了系統結構，降低了生產成本，進一步提高了系統精度。論文研究了設置參考擋板進行聲速校正的特點，通過理論分析，得出了探頭安裝角度、安裝距離、擋板安裝位置、擋板大小與測量量程之間的關系，及其對測量結果的影響，并通過實驗進行了驗證。

系統選用AT89S52型單片機作為系統控制核心，以超聲波測距原理為理論依據，完成對液體液位的連續測量、實時液位數據顯示和遠程通訊等功能。課題研究中完成了軟硬件設計，對系統進行了整體調試，對理論推導進行了很好的驗證。這種新型聲速校正方法相對于傳統的溫度補償方法，性能更加優越，是今后超聲液位測量的發展方向，具有廣闊的發展前景。

第一章緒論

1．1 液位測量的意義

工業生產中，常常需要測量容器內的液體液位。在一般的生產過程中，液位測量的目的主要是通過液位測量來確定容器里的原料、半成品或產品的數量，以保證生產過程各環節物料平衡以及為進行經濟核算提供可靠的依據；另外還為了在連續生產的情況下，通過液位測量，了解液位是否在規定的范圍內，從而維持正常生產、保證產品的產量和質量以及保證安全生產。液位測量在工業生產過程中的作用相當重要。隨著各行業的快速發展，液位測量已應用到越來越多的領域，不僅用于各種容器、管道內液體液位的測量，還用于水渠、水庫、江河、湖海水位的測量。

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，或者其他液位系統的測量，都對測量精度提出了越來越高的要求。例如，石化部門使用的大型儲油罐容量一般在1000一100000m3之間，很小的測量誤差都將造成很大的絕對誤差，因此提高液位測量的精度，不僅對儲油罐的測量有很重要的意義，在其他液位測量系統中，也處于越來越重要的地位。

近年來，隨著電子技術和信號處理技術的迅速發展，液位測量儀表中的測量技術經歷了由機械向機電一體化再到自動化的發展過程。結合這兩大技術，尤其是將微處理器引進液位測量系統，使得液位計的精度越來越高，越來越向智能化、一體化、小型化的方向發展。在實際應用中，可根據需要選擇合適的液位計，滿足測量精度、測量環境等多方面的要求。

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