高精度智能型液位测量系统的研究与设计

引言

一些场合需要高精度的液位测量系统，例如大型油船的液位高度差几毫米，由此计算出的油量就会差几百千克甚至数吨，因此要求液位高度测量系统具有很高的精度。本文介绍一种高精度智能型液位测量系统，它能够测量多个液舱的高度，根据测量到的高度值，结合容器的形状，计算出容器内所剩液体的体积和重量，在主控计算机上显示、报警，也可以直接通过主控计算机发调拨指令，通过与本系统连接的泵或电磁阀，自动分配液体。

1 系统组成

本系统由高精度调频微波雷达液位计、采集处理装置和上位主控计算机等组成 。

1.1 调频微波雷达液位计

调频微波雷达液位计的测量原理（图1）是：探头同时进行雷达波的发射和接受，它采用了锯齿形的微波，发射波和经固体表面发射后形成的回波之间产生一个相位差，这个相位差通过一个快速傅立叶转换后，形成一个频谱，而这个频谱与雷达液位计测量的距离呈一个线性的关系。因此，通过对锯齿波的相位的检测即可得到一个高精度的液位信号。液位计将这个高精度的液位信号转换成电压信号，即高度值转换成0～5V 的电压值，通过采集处理装置转换成数字信号，经RS485接口发送给上位主控计算机。

1.2 采集处理装置

包括采集模块和控制输出模块两部分。采集模块将调频微波雷达液位计得到的实际电压信号转换成对应的高度参数值（A / D 转换）。采集模块有硬件和软件滤波的功能，得到比较稳定的数值。采集模块通过RS 485 总线将多路液位高度值送至主控计算机。控制输出模块是用于系统对各个液位的分配和调整，主要是接收到主控计算机的指令，发出开关指令，通过继电器动作，使跟与容器相连的泵或电磁阀接通或关断的办法来调节不同容器之间的液体 量 。

1.3 主控计算机

在主控计算机上，由下位机得到的高度值，根据容器形状，通过编制的相关软件求出各个容器中液体的容积和质量。高度函数 V=f（h）及液体的密度应在编制软件时设定好。各个容器的高度在主控计算机的显示器上动态柱体显示、数字显示和容积的数字显示；监视各个模块的工作状态，工作不正常时发故障报警信号；还可在界面上显示容器附近的环境温度；当高度值到达最低或最高警戒线时，从开关量输出模块发出告警指令，由外接的继电器接通声光报警装 置 。

该系统的原理框图如图2所示。

2 硬件设计

本系统的液位计选用西门子公司的 L R4 0 0 调频微波雷达液位计，主控计算机采用普通的工控计算机即可，则硬件设计的关键在采集处理装置。