大量程小盲区智能超声波液位仪

　　1　引　　言

　　利用超声波的传播特性,已经实现并完成了许多领域测量方面的任务[1],采用超声波对封闭液罐的液位进行测量时,所面临的一个棘手的问题就是如何解决盲区和量程的矛盾。盲区的大小受发射时间、发射强度和放大倍数的影响,其发射时间越长、发射强度越强、放大倍数越大盲区越大。但是为了获得大量程又必须提高发射强度、增加发射时间和放大倍数。为了解决这一矛盾,文中采用了自动调节发射时间、发射功率和放大倍数。它们之间的匹配是根据液位的高低和反射强度的大小而决定的。这一方法的成功运用扩大了从外部测量封闭罐中液位的使用范围。

　　2　超声波液位计的工作原理

　　2.1　液位的计算方法

　　此液位仪是将超声波传感器设置在液罐外壁的底部来观测液位高度。如图1所示。

　　由于超声波对不同液体媒介的传播速度是不同的,用户选择液体种类后,计算机根据所选出的液体种类查询出对应此液体媒介的超声波传播速度V1/m·s-1,根据用户输入的液罐壁厚d/m和液罐材质,计算机可根据输入的材质查询出对应该材质的超声波传播速度V/m·s-1。并根据测得的从发射到反射之间所用的时间t/s,即可求出液位高度H/m。

　　2.2　产生盲区的原因

　　所谓盲区是指反射波隐藏在发射后的衰减波内,这时反射波被发射后的衰减波所覆盖,无法辨认反射波的存在,通常将这段无法测定的距离称为盲区。盲区是由于液高过低而产生的。盲区的大小受液体媒介种类和温度变化的影响,它是一个变化的距离带。这是由于液体媒介不同其超声波的传播速度不同,即使对同一种液体媒介而言,其温度发生变化时超声波的传播速度也随之改变,即盲区的大小随液体媒介和温度的不同而发生变化。

　　3　液面仪总体结构

　　总体结构如图2所示,它主要由超声波收发器、收发开关、发射部分、接收部分、信号处理、温度补偿、控制输出和外部终端等组成。其中发射部分包括:同步器、脉冲串生成、频率调节、振荡器、相位检测、功率放大、功率放大调节。接收部分包括:滤波放大、放大调节、检波、检波调节。外部终端包括:显示器和键盘。

　　4　各环节的任务和作用

　　4.1　发射部分

　　超声波液位仪是利用液面反射超声波的特性来确定液位的。因此,超声波液位仪工作时为了能够接收到一定的回波信号,必须发射一定强度的超声波信号,发射部分在超声波液位仪中就是起这一作用的,也就是说,它为超声波传感器提供一个具有一定频率的脉冲电压信号,经收发开关加在超声波传感器上。压电式的超声波传感器便产生相同频率的超声波。