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介绍超声液位计的工作原理和产品内部各框图。

文章作者:南京赛亚特福精密仪器有限公司    发布时间:2021-07-17
介绍超声液位计的工作原理和产品内部各框图。
超声液位计的工作原理:超声在气体、液体和固体中传播,具有一定的传播速度。超声波在介质中传播时会被吸收衰减,在气体中传播衰减大,在固体中传播衰减小。超声波通过两种不同介质的界面会产生反射和折射,声阻抗差异较大的界面几乎是全反射。从发射超声波到接收发射信号的时间间隔与界面位置有关,超声波液位计利用超声波的这一特性测量物位。
超声液位计的发射器和接收器可以安装在容器底部,也可以安装在容器顶部。发射的超声波在相界面发射,由接收器接收。通过测量超声波从发射导接收的时间间隔,可以测量物位。
根据介质的不同,超声波液位计可分为固介式、气介式和液介式。根据探头的工作方式,可分为自发自收单探头和收发分开双探头。6种超声波液位计可以相互组合。在实际测量中,有时液面会有气泡、悬浮物、波浪或液体沸腾,导致反射混乱和测量误差。因此,在复杂情况下,应使用固体介质液位计。图1为单探头超声波液位计,采用换能器,由控制电路控制,分时交替作为发射器和接收器。
超声波到液面的距离为H,波的传播速度为c,传播时间间隔为△t,H=c△t/2。
为了通过测量超声波传播时间来确定物位,声速c必须是恒定的。事实上,声速随介质及其温度的变化而变化。为了准确测量位置,必须校正某些介质的声速。液体声速校正的方法有校正声速法、固定标记校正声速法和温度校正声速法。气介式声速校正一般采用温度校正法,即利用温度传感器测量仓库或罐体的温度,根据声速与温度的关系计算当时的声速,然后根据H=c△t/2公式计算出料位。
空气中声速c与温度t的关系如下:c=331.3+0.6T(m/s)
图2是基于单片机超声波液位计的原理框图。该物位计以单片机为核心,具有声速补偿和自动增益控制功能。
超声液位计原理框图2。
单片机根据量程确定发射周期,输出脉冲信号。该信号使发射电路发出一系列高频(10kHz-40kHz)电脉冲。功率放大后,加到探头上。探头发出的超声波到达材料表面后,发射后返回探头。探头将接收到的超声波转换成电信号。放大后,发送单片机的中断口。单片机从发射到接收超声波所需的时间计时,同时测量现场环境温度,根据公式H=c△t/2和公式c=331.3+0.6T(m/s)计算探头到料面的高度H,将料仓的高度降低H,得到料位的高度。
超声液位计在测量液位时与介质不接触,无可动部件,传播速度相对稳定,对光线、介质粘度、湿度、介电常数、电导率和热导率不敏感,因此可测量有毒、腐蚀性或高粘度等特殊场合的液位。超声液位计不仅可以连续测量和定点测量物位,还可以方便地提供遥测或遥控信号,还可以测量高速运动或倾斜晃动的液位,如汽车、飞机和船舶的液位。但是它的结构复杂,价格昂贵,测量时对温度比较敏感,温度的变化会引起声速的变化,所以为了保证超声液位计的测量精度,应该进行温度补偿。

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