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超声波液位测量系统设计摘要：设计一套液位测量系统，要求测量范围0~2000mm，系统测量精度0.1%。利用单片机加以控制，挡板补偿方法减小误差，提高传播时间的测量准确度来提高精度。关键词：液位检测液位检测方法简介按其工作原理可分为下列几种类型：直读式：它根据流体的连通性原理来测量液位。浮力式：它根据浮子高度随液位高低而改变或液体对浸沉在液体中的浮筒（或称沉筒）的浮力随液位高度变化而变化的原理来测量液位。前者称为恒浮力式，后者称为变浮力式。差压式：它根据液柱或物料堆积高度变化对某点上产生的静（差）压力的变化的原理测量物位。电气式：它根据把物位变化转换成各种电量变化的原理来测量物位。核辐射式：它根据同位素射线的核辐射透过物料时，其强度随物质层的厚度变化而变化的原理来测量液位。声学式：它根据物位变化引起声阻抗和反射距离变化来测量物位超声波液位计超声波液位计利用波在介质中的传播特性。因此，在容器底部或顶部安装超声波发射器和接收器，发射出的超声波在相界面被反射。并由接收器接收，测出超声波从发射到接收的时间差，便可测出液位高低。超声波液位计按传声介质不同，可分为气介式、液介式和固介式三种；(a)气介式(b)液介式(c)固介式单探头超声波液位计超声波液位测量优点：超声波液位计具有精度较高，声波传递稳定，适合场合广泛因此选用超声波液位计测量。2.液位测量系统设计2.1液位测量原理超声波物位计工作原理是由超声波换能器（探头）发出高频脉冲声波遇到被测物位（物料）表面被反射折回反射回波被换能器接收转换成电信号.声波的传播时间与声波的发出到物体表面的距离成正比.声波传输距离S与声速C和声传输时间T的关系可用公式表示：S=C×T/2。即：距离[m]=时间×声速/2[m]设计指标超声波液位计液体量程：0~2000mm精度：±2mmOR0.1%供电：24VDC；220VAC超声波液位计显示：清晰的多行文本图解显示、包络线显示外壳材质：塑料透明显示盖超声波液位计典型应用：污水提升泵站、污水处理池、废水、泥浆、石灰浆、地下油罐、流动性好的固体粉料、颗粒料。2.2补偿办法中会有较大的误差。采用实测声速补偿，在发射探头前安装一块挡板，挡板与探头间的距离为固定值，当探头发射超声波时挡板能将一部分超声波反射到探头，探头接收到反射波后，计算发射超声波到接收的时间，则可计算出超声波的实际传播速度。此种补偿方法超声波传播速度为实测值，随着环境而变化，减小测量误差。挡板补偿法相对于温度补偿法而言，不仅考虑到了温度造成的误差，也避免了气体密度、压强、湿度和气体中的悬浮颗粒等的影响。2.3测量系统结构超声波换能器发出声波遇到被测物位表面被反射折回反射回波被换能器接收转换成电信号。声波的传播时间与声波的发出到物体表面的距离成正比。系统的工作原理：电源电路生成+5V直流电供给单片机使用。利用传感器进行液位检测，把测得的数据送入数据转换电路，测得的数据就会模拟量变为数字量，然后送入单片机处理，最后由显示电路显示出来，用键盘按键设置液位上限和下限，超过液位或流速的预定值实现自动报警功能，提醒工作人员及时进行处理。2.4误差分析此系统采用挡板补偿，因此系统误差由测量距离传播的时间误差引起，当计时达到一定精度时，系统就可以满足设计指标。指标要求测量精度误差小于2mm，假设已知超声波速度C=344m/s(20℃室温)t(0.002/344)≈0.000005814s即5.814ms。在超声波的传播速度是准确的前提下，测量距离的传播时间差值精度只要在达到微秒级，就能保证测距误差小于2mm的误差。2.5总结本实验利用超声波测距原理实现了非接触式液位测量系统的设计，采用的挡板补偿设计避免了温度、气体密度、压强、湿度和气体中的悬浮颗粒等引起的液位测量误差。具有较好的稳定性、精度高等优点。在设计过程遇到了不少的困难，大部分问题通过查阅资料得以解决了，小部分问题通过向别人请教也得到了答案。感到想要设计好一个系统，还需要我们有很广的知识面，在这方面自己还很不足，希望通过日后努力能够得以改进。参考文献《自动检测技术与装置》张宏建、黄志尧等《超声波液位测量系统设计》阳华忠、孙传友《超声波测距系统中的误差来源及补偿》张卫东、张圣训《ModelingandMeasuringAlltheelementsofanultrasonicNondestructiveEvaluationSystemI：ModelingFoudations》JC.Dang《ModelingandMeasuringAlltheelementsofallultrasonicNondestructiveEvaluationSystemII：Model—BasedMearurements》LW．Schmerr，JrA．Sedov《SecondInternationalSymposiumonMeasurementTechnologyandIntelligentInstruments》Hua-MinGao，You-LunXiong《百度文库》