1超聲波原理

&emsp； &emsp； 超聲波在空氣中的傳播速度

為了我

因?yàn)槭?40m/s，所以如果能夠計(jì)測超聲波在空氣中的傳播時(shí)間，則能夠計(jì)算出其傳播距離。 超聲波測量液位通過測量超聲波傳播的時(shí)間間隙來測量聲波傳播的距離。 具體方法:參見圖

一。 從安裝在被測量容器頂部的超聲波探頭向液面發(fā)射超聲波，聲波被液面反射后，由探頭接收。 控制器測量傳播時(shí)間

t，根據(jù)聲速

v，得到從液面到探針的空間距離

l。 從探針到容器底部的距離，即安裝高度

在h的前提下，可得到罐內(nèi)液位的高度

h。 計(jì)算公式如下

&emsp； &emsp； H=H-L在此

L=v？ t/2

&emsp； &emsp； 另外，由于空氣溫度對音速有一定的影響，因此周圍的空氣溫度也必須測定

t，校正聲速。 公式如下

&emsp； &emsp； v=331.46 0.61？ T(℃)

&emsp； &emsp； 2超聲波液位計(jì)

的主要電路

&emsp； &emsp； 超聲波液位計(jì)

由超聲波探頭、發(fā)送控制和接收處理電路、控制器和顯示等部分構(gòu)成。 其硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖所示

如2所示。 發(fā)送接收和換能器探針包括壓電型換能器、收發(fā)機(jī)以及溫度補(bǔ)償電路的收發(fā)機(jī)包括發(fā)送控制和接收處理電路，采用主要由超聲波發(fā)送脈沖寬度控制、回波信號檢波、比較、微分、整形等信號處理電路構(gòu)成的顯示電路

74LS164和

由LED構(gòu)成，完成系統(tǒng)參數(shù)和液面高度的顯示

80C552單片機(jī)構(gòu)成的應(yīng)用系統(tǒng)主要完成按鈕掃描處理、超聲波發(fā)射控制、回聲接收時(shí)間計(jì)算、液位換算等。 重點(diǎn)介紹了提高測量精度和減少測量死角的超聲波回波檢查

硬件和軟件對策。 電路圖

如3所示。

&emsp； 當(dāng)發(fā)送超聲波時(shí)，發(fā)送波或接收回波經(jīng)由接收電路發(fā)送信號

In側(cè)輸入通過檢波、放大、比較、微分

d觸發(fā)器的

r端形成尖頭脈沖。 該脈沖信號路徑

d觸發(fā)器整形并發(fā)送跳躍的狹窄脈沖

80C552的

INT側(cè)。 通過

20C552的中斷系統(tǒng)可以記錄中斷的每次時(shí)間，并基于兩個(gè)相鄰的中斷的時(shí)間間隔來計(jì)算傳播的距離，以知道從傳輸?shù)交芈暤慕邮盏臅r(shí)間，即超聲波的往返時(shí)間。

3提高測量精度、縮小測量死角的對策

&emsp； &emsp； 重點(diǎn)敘述了利用超聲波檢查

其中提高測量精度和減少測量死角的軟硬件對策。

&emsp； &emsp； 如果發(fā)生超聲波發(fā)射或強(qiáng)馀震，就不能同時(shí)檢測回聲。 因此，在接近探針的發(fā)光面的一定距離內(nèi)不能正常檢測，形成檢測死區(qū)。 常見的國內(nèi)外超聲波儀表

死角范圍大

0.30m米。 通過對測量精度和死角形成原因的具體分析，死角的大小主要與發(fā)射波的強(qiáng)弱和回波檢測的方法有關(guān)。 一般來說，在距離相同的情況下，載波波強(qiáng)，接收回波信號強(qiáng)，但馀震也強(qiáng)，死角大。 相反小。 在發(fā)送波的強(qiáng)度相同的情況下，檢測距離越近，接收回波信號越強(qiáng)，死角越大。 接著，當(dāng)超聲波探頭向液面發(fā)射超聲波時(shí)，該波在液面與探頭之間反射多次，在接收電路中產(chǎn)生多個(gè)回波

80C552形成一系列中斷信號。 其中，發(fā)射脈沖寬度對測定精度影響較大，因此本裝置

①設(shè)計(jì)自動(dòng)控制放射波強(qiáng)弱、減小檢測死區(qū)的對策。 具體來說，通過測試性的發(fā)射和距離的檢測，發(fā)射波的強(qiáng)弱隨著檢測距離的變化而變化。 ②在軟件設(shè)計(jì)中實(shí)施特殊的處理方法，郡在記錄回波的時(shí)刻，每次測量連續(xù)記錄4次回波的時(shí)刻，計(jì)算回波時(shí)間時(shí)，將zui后的2次時(shí)間差作為超聲波的傳播時(shí)間。 通過這樣進(jìn)行處理，能夠避免輻射脈沖寬度對測定帶來的影響，能夠更正確地進(jìn)行測定，減小死角zui

0.05m米。

&emsp； &emsp； 另外，為了防止干擾波對發(fā)送波的寬度和多次回波的重疊對測量產(chǎn)生影響，在接收回波的電路中追加了電平可變的閾值

80C552的

PWM脈沖寬度調(diào)制端子由必要的接口電路形成

提供D/A轉(zhuǎn)換器的輸出。 閾值水平的高低必須盡量使回聲發(fā)生的中斷時(shí)刻接近回聲波形的中心位置，減小波形寬度對測定時(shí)間的影響。

&emsp； &emsp； 通過以上處理，針對所要求的測定范圍

0.20m~8m內(nèi)，測量zui的較大誤差為

0.006m，重現(xiàn)性好的是本文設(shè)計(jì)的超聲波液位計(jì)

硬件結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，具有上述特點(diǎn)，不僅可用于化工、電力、石油等行業(yè)液位測量，還可用于其他測距系統(tǒng)。

以上就是上海自動(dòng)化儀表超聲波液位計(jì)量表的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)文章的全部內(nèi)容