超声波液位测量计的设计课件
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1.1课题背景
•
随着第二代超声波液位测量仪的产生，物位测量达到了一个新的
应用水平。第二代超声波液位测量仪采用了先进的技术并且在工业领
域创立了最新的标准。超声波液位测量仪的最初设计是为净水和废水
工业提供单测量点解决方案。可用于在污水泵站控制工作泵，在明渠
得较为准确的温度值。从性价比和使用方便程度来考虑，使用数字温
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1.4 本课题设计的主要工作及结构安排
• 1）超声波发射与接收
•
通过查阅相关的资料，了解到在超声波测量中频率取得太低，外
界的杂音干扰较多，频率取得太高，检测距离越短[9]，根据本次课
题的实际情况，可采用40KHz收发分体式超声波传感器。利用软件产
•
超声波传感器包括三个部分:超声换能器、处理单元和输出级。
首先处理单元对超声换能器加以电压激励,其受激后以脉冲形式发出
超声波,接着超声换能器转入接受状态,处理单元对接收到的超声波脉
冲进行ห้องสมุดไป่ตู้析,判断收到的信号是不是所发出的超声波的回声。如果是,
就测量超声波的行程时间,根据测量的时间换算为行程,除以2,即为反
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1.3超声波传感器概述
• 1.3.1 超声波
•
声波是物体机械振动状态的传播形式。超声波是指振动频率大于
20000Hz以上的声波,其每秒的振动次数很高,超出了人耳听觉的上限,
人们将这种听不见的声波叫做超声波。超声波是一种在弹性介质中的
在我国由于受到历史原因影响，液位传感器的研制开 发技术比较落后，各个基础行业的资金投人不协调，以及一定 时期的人才青黄不接，导致了相关配套领域发展迟缓，甚至于 停滞不前，这使得我国的液位测量技术测量方法远远落后于其 它发达国家。测量系统的自动化程度不高，精度可靠性、功能 等多方面都不如国外同类产品。近几年来随着改革开放的不断 深入，我国的经济技术水平得到了迅猛的发展。国家也加大了 这方面的投入，测量技术得到了全面发展和更新，使得我国的 液位测量技术发展比较迅速。我国许多科研单位及企业共同研 制开发了有关液位测量方面的传感器这些产品在性能指标上、 功能上都比以前有了很大程度的提高，但是与国外同类技术相 比还有侍进一步的改进[7]。
机械振荡,有两种形式:横向振荡(横波)及纵向振荡(纵波)。在工业中
应用主要采用纵向振荡。超声波可以在气体、液体及固体中传播,其
传播速度不同。另外,它也有折射和反射现象,并且在传播过程中有衰
减。超声波在媒质中的反射、折射、衍射、散射等传播规律,与可听
声波的规律并没有本质上的区别。与可听声波比较,超声波具有许多
测量中记录流量，在液位差测量中控制隔离栅，是一种在工业领域中
有着广泛应用的超声波物位仪表。超声波液位测量仪具有着非常简便
的程序设定模式，使用者只需在键盘上进行简便的操作，即可完成全
部的功能设定。同时，它还具有程序锁定功能，使得未经授权者不能
进入设定模式进行程序修改，确保了使用界面的安全性。超声波液位
生40KHz的脉冲信号，鉴于单片机的输出口驱动能力较弱，应在发射
电路上增加功率放大电路，从而提高测量距离，达到课题要求。从接
收传感器探头传来的超声回波很微弱（几十个mV级），又存在较强的
噪声，所以接收电路必须包括前置放大电路和滤波电路，从而实现对
有用的信号进行放大，并抑制其他的噪声和干扰。
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量程连续输出。
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1.2本课题国内外研究现状.
目前市场上的超声波液位计品种多样，大多采用温度补偿 方法对超声波传播速度进行校正，以提高仪表测量精度。此方 法需在系统外加一个温度测量单元，通过测量环境温度，获得 实际声速；由此也引进了温度测量误差，从而限制了系统精度 的进一步提高。
到回波的时候,则将超声振动转换成电信号。
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1.3.4超声波传感器在测距系统中的应用
• 超声测距大致有以下方法:①取输出脉冲的平均值电压,该电压 (其
幅值基本固定)与距离成正比,测量电压即可测得距离;②测量输出脉 冲的宽度,即发射超声波与接收超声波的时间间隔 t,故被测距离为 S=1/2vt。如果测距精度要求很高,则应通过温度补偿的方法加以校正 。超声波测距适用于高精度的中长距离测量
测量仪具有多路供电系统，系统可自动转换接受交流115V/50Hz或
230V/60Hz，同时系统接受24V直流供电，可以充分保证使用的安全性
和避免突发性断电对系统的影响。超声波液位测量仪可显示多种物理
量，包括液位、距离、体积和百分率。每一组继电器均可独立由程序
设置为正向/反向动作、保持/归零和异常信号报警。模拟信号达到全
奇异特性:传播特性──超声波的衍射本领很差,它在均匀介质中能够
定向直线传播,超声波的波长越短,这一特性就越显著。功率特性──
当声音在空气中传播时,推动空气中的微粒往复振动而对微粒做功。
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1.3.2 超声波距离传感器技术的应用
射超声波的物体距离。把超声波传感器安装在合适的位置,对准被测
物变化方向发射超声波,就可测量物体表面与传感器的距离。超声波
传感器有发送器和接收器,但一个超声波传感器也可具有发送和接收
声波的双重作用。超声波传感器是利用压电效应的原理将电能和超声
波相互转化,即在发射超声波的时候,将电能转换,发射超声波;而在收
1.4 本课题设计的主要工作及结构安排
• 2）提高精度的处理
•
由于超声波的声速与温度有关，如果要想提高精度，则应通过温
度补偿的方法加以校正。由测量精度分析可知，如果能够知道当地温
度，则可根据公式C=331.5+0.607T求出当地声速，从而能够获得较高
的测量精度[10]。采用热敏电阻，热电偶、集成温度传感器都可以获
1.1课题背景
•
随着第二代超声波液位测量仪的产生，物位测量达到了一个新的
应用水平。第二代超声波液位测量仪采用了先进的技术并且在工业领
域创立了最新的标准。超声波液位测量仪的最初设计是为净水和废水
工业提供单测量点解决方案。可用于在污水泵站控制工作泵，在明渠
得较为准确的温度值。从性价比和使用方便程度来考虑，使用数字温
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1.4 本课题设计的主要工作及结构安排
• 1）超声波发射与接收
•
通过查阅相关的资料，了解到在超声波测量中频率取得太低，外
界的杂音干扰较多，频率取得太高，检测距离越短[9]，根据本次课
题的实际情况，可采用40KHz收发分体式超声波传感器。利用软件产
•
超声波传感器包括三个部分:超声换能器、处理单元和输出级。
首先处理单元对超声换能器加以电压激励,其受激后以脉冲形式发出
超声波,接着超声换能器转入接受状态,处理单元对接收到的超声波脉
冲进行ห้องสมุดไป่ตู้析,判断收到的信号是不是所发出的超声波的回声。如果是,
就测量超声波的行程时间,根据测量的时间换算为行程,除以2,即为反
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1.3超声波传感器概述
• 1.3.1 超声波
•
声波是物体机械振动状态的传播形式。超声波是指振动频率大于
20000Hz以上的声波,其每秒的振动次数很高,超出了人耳听觉的上限,
人们将这种听不见的声波叫做超声波。超声波是一种在弹性介质中的
在我国由于受到历史原因影响，液位传感器的研制开 发技术比较落后，各个基础行业的资金投人不协调，以及一定 时期的人才青黄不接，导致了相关配套领域发展迟缓，甚至于 停滞不前，这使得我国的液位测量技术测量方法远远落后于其 它发达国家。测量系统的自动化程度不高，精度可靠性、功能 等多方面都不如国外同类产品。近几年来随着改革开放的不断 深入，我国的经济技术水平得到了迅猛的发展。国家也加大了 这方面的投入，测量技术得到了全面发展和更新，使得我国的 液位测量技术发展比较迅速。我国许多科研单位及企业共同研 制开发了有关液位测量方面的传感器这些产品在性能指标上、 功能上都比以前有了很大程度的提高，但是与国外同类技术相 比还有侍进一步的改进[7]。
机械振荡,有两种形式:横向振荡(横波)及纵向振荡(纵波)。在工业中
应用主要采用纵向振荡。超声波可以在气体、液体及固体中传播,其
传播速度不同。另外,它也有折射和反射现象,并且在传播过程中有衰
减。超声波在媒质中的反射、折射、衍射、散射等传播规律,与可听
声波的规律并没有本质上的区别。与可听声波比较,超声波具有许多
测量中记录流量，在液位差测量中控制隔离栅，是一种在工业领域中
有着广泛应用的超声波物位仪表。超声波液位测量仪具有着非常简便
的程序设定模式，使用者只需在键盘上进行简便的操作，即可完成全
部的功能设定。同时，它还具有程序锁定功能，使得未经授权者不能
进入设定模式进行程序修改，确保了使用界面的安全性。超声波液位
生40KHz的脉冲信号，鉴于单片机的输出口驱动能力较弱，应在发射
电路上增加功率放大电路，从而提高测量距离，达到课题要求。从接
收传感器探头传来的超声回波很微弱（几十个mV级），又存在较强的
噪声，所以接收电路必须包括前置放大电路和滤波电路，从而实现对
有用的信号进行放大，并抑制其他的噪声和干扰。
文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。
量程连续输出。
文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。
1.2本课题国内外研究现状.
目前市场上的超声波液位计品种多样，大多采用温度补偿 方法对超声波传播速度进行校正，以提高仪表测量精度。此方 法需在系统外加一个温度测量单元，通过测量环境温度，获得 实际声速；由此也引进了温度测量误差，从而限制了系统精度 的进一步提高。
到回波的时候,则将超声振动转换成电信号。
文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。
1.3.4超声波传感器在测距系统中的应用
• 超声测距大致有以下方法:①取输出脉冲的平均值电压,该电压 (其
幅值基本固定)与距离成正比,测量电压即可测得距离;②测量输出脉 冲的宽度,即发射超声波与接收超声波的时间间隔 t,故被测距离为 S=1/2vt。如果测距精度要求很高,则应通过温度补偿的方法加以校正 。超声波测距适用于高精度的中长距离测量
测量仪具有多路供电系统，系统可自动转换接受交流115V/50Hz或
230V/60Hz，同时系统接受24V直流供电，可以充分保证使用的安全性
和避免突发性断电对系统的影响。超声波液位测量仪可显示多种物理
量，包括液位、距离、体积和百分率。每一组继电器均可独立由程序
设置为正向/反向动作、保持/归零和异常信号报警。模拟信号达到全
奇异特性:传播特性──超声波的衍射本领很差,它在均匀介质中能够
定向直线传播,超声波的波长越短,这一特性就越显著。功率特性──
当声音在空气中传播时,推动空气中的微粒往复振动而对微粒做功。
文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。
1.3.2 超声波距离传感器技术的应用
射超声波的物体距离。把超声波传感器安装在合适的位置,对准被测
物变化方向发射超声波,就可测量物体表面与传感器的距离。超声波
传感器有发送器和接收器,但一个超声波传感器也可具有发送和接收
声波的双重作用。超声波传感器是利用压电效应的原理将电能和超声
波相互转化,即在发射超声波的时候,将电能转换,发射超声波;而在收
1.4 本课题设计的主要工作及结构安排
• 2）提高精度的处理
•
由于超声波的声速与温度有关，如果要想提高精度，则应通过温
度补偿的方法加以校正。由测量精度分析可知，如果能够知道当地温
度，则可根据公式C=331.5+0.607T求出当地声速，从而能够获得较高
的测量精度[10]。采用热敏电阻，热电偶、集成温度传感器都可以获