超声波液位测量系统的设计
超声波液位计测量的工作原理产品特点及应用 液位计工作原理
超声波液位计测量的工作原理产品特点及应用液位计工作原理超声波液位计是一系列非接触，高牢靠、低价格、免维护的物位仪，它彻底解决了由压力变送器、电容式浮子式等测量方式带来的缠绕、泄露、接触介质、昂贵的维护等麻烦，目前，要求对于液位和物位进行无接触式测量的现场越来越多，由于超声波液位计不必接触工业介质就能够充分大多数密闭或者打开容器里的物位测量要求，并且目前的科学技术已经进展到超声波系列的物位测量仪器可以测量几厘米到几十厘米的范围，而且在恶劣条件下也表现出了非凡的本领，因些在很多对于安装环境多而杂的情况下，超声波液位计成为了紧要的选用类型。
关于超声波液位计我们需要了解的东西很多，下面对大家介绍一下超声波液位计原理、特点、应用的缺陷和不足、适应场合注意事项、使用的环境条件、选择方法、故障及解决方法。
超声波液位计原理超声波液位计安装于容器上部在电子单元的掌控下，探头向被测物体发射一束超声波脉冲。
声波被物体表面反射，部分反射回波由探头接收并转换为电信号。
从超声波发射到被重新被接收，其时间与探头至被测物体的距离成正比。
电子单元检测该时间，并依据已知的声速计算出被测距离。
通过减法运算就可得出物位值。
由于温度对声速具有影响，所以仪表应测量温度，以修正声速。
超声波液位计的特点1、高质量零件：电路设计从电源部分起就选用高质量的电源模块，元器件选择进口稳定牢靠的器件，完全可以替代同类型国外进口仪表。
2、超高精度：我公司拥有的声波智能器，使仪表的精度大大提高，液位精度达到0.25%，能够抗种干扰波。
3、专业的声波智能技术：的声波智能技术软件可进行智能化回波分析，无需任何调试及其它的特别步骤，此技术具有动态思维、动态分析的功能。
4、适应安全稳定：超声波液位计是一种非接触仪表，不跟液体直接接触，因此故障率低。
超声波液位计应用的缺陷和不足1、超声波本质是一种机械波，传播需要介质，那么超声波液位计大的应用缺陷是不能用于真空环境和传播介质变化（如强挥发性）的环境；2、超声波液位计的换能器由压电陶瓷和塑性外壳灌封而成，其不能应用于高温高压环境，一般超声波液位计的大耐受温度为80℃；3、超声波是一种机械波，在传播的过程中会存在衰减，考虑到精度和量程的冲突性，超声波液位计实际应用中量程范围较小，精度稍差，所以其不能用于大量程和高精度的场合；4、超声波液位计在实际应用中测量的时间量，结合声速，可以得出距离值（时间声速=距离），而声速随着介质和温度变化，所以超声波液位计也不能应用于温度频繁变化的场合。
油田单井罐液位检测报警系统方案设计
油田单井罐液位检测报警系统方案设计一、引言随着石油勘探开发技术的不断发展，油田开采过程中需要对油井的罐液位进行实时监测和报警。
罐液位检测报警系统作为油田生产的重要一环，对于保障生产安全和提高生产效率起着至关重要的作用。
对油田单井罐液位检测报警系统方案设计进行深入分析和研究，对于提升油田生产管理水平和优化生产工艺具有重要意义。
二、方案设计1. 系统组成罐液位检测报警系统主要由液位传感器、数据采集模块、数据传输模块、监测控制中心和报警装置等组成。
2. 液位传感器液位传感器是系统中最重要的组成部分之一，它的性能将直接影响系统的稳定性和准确性。
在选择液位传感器时，应根据现场实际情况和液位测量的要求来考虑。
一般情况下，可以选择超声波液位传感器或者压力式液位传感器进行液位测量。
超声波液位传感器具有非接触测量、测量范围广、精度高等优点，可以适用于各种液体介质的液位测量；而压力式液位传感器适用于一些腐蚀性液体介质的液位测量，具有结构简单、性能稳定等优点。
3. 数据采集模块数据采集模块是将液位传感器采集到的数据进行信号处理和转换，使其能够传输到监测控制中心。
在设计数据采集模块时，应考虑到通信协议的选择、数据精度、抗干扰能力等因素，以确保传感器采集的数据能够准确、稳定地传输到监测控制中心。
4. 数据传输模块数据传输模块是将数据采集模块采集到的数据通过无线通信或者有线通信的方式传输至监测控制中心。
对于油田单井罐液位检测报警系统来说，由于现场环境复杂，可能存在一些通信信号不稳定、干扰较大的情况，因此在设计数据传输模块时需要选择稳定可靠的通信方式，并加强系统的抗干扰能力。
5. 监测控制中心监测控制中心是整个系统的核心部分，它接收数据传输模块传输过来的数据，并进行实时监测和控制。
在设计监测控制中心时，需要考虑到数据处理的速度、准确性和稳定性等因素，同时还需要考虑到系统的扩展性和灵活性，以应对未来可能的扩展和升级需求。
6. 报警装置报警装置是系统中的安全保障部分，一旦监测到罐液位超出设定的安全范围，系统将立即发出报警信号，以通知相关人员及时采取措施，避免发生危险事故。
高精度超声波液位测量系统的设计与实现
关键词 ： 高精度 ； 超 声波； 液位测量； 时间增益补偿 ； 数字滤波 中图分类号 ： Ｔ Ｐ ２ １ ６ 文献标识码 ： Ａ 文章 编号 ： １ ０ ０ ２—１ ８ ４ １ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ７— ０ ０ ４ ６— ０ ３
Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｎｄ Ｉ ｍ ｐｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｌｏ ｗ Ｐｏ ｗｅ ｒ Ｃｏ ｎｓ ｕｍ ｐ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｕｌ ｔ ｒ ａ ｓ ｏ ｎｉ ｃ Ｌｉ ｑｕ ｉ ｄ Ｌｅ ｖ ｅ ｌ Ｔｅ ｓ ｔ ｉ ｎ ｇ Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｔ ｏ Ｓ Ｏ ｌ Ｖ ｅ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｂ ｌ ｅ ｍ ｏ ｆ ｈ ｉ ｇ ｈ ｅ ｒ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｃ ｏ ｎ ｓ ｕ ｍｐ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｌ ｏ ｗｅ ｒ ａ ｃ ｃ ｕ ｒ ａ ｃ ｙ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｅ ｘ ｉ ｓ ｔ ｉ ｎ ｇ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｉ ｒ ｎ ｇ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ， ｕ ｌ ｔ ｒ ａ ｓ ｏ ｎ ｉ ｃ
３ ０ ０ ４ ０ １ ） （ 河北工业大学信息工程学院 ， 天津
摘要： 文 了一种基 于 ＭＳ Ｐ ４ ３ ０ Ｆ １ ４ ９单 片机 的高精度
低 功耗 超声波液位测 量系统 。该 系统 实现 了硬件 电路 的设 计和软件 算法的开发 。文 中重点分析 了系统组成 、 提 高精确度
的设计方法和实验结果。实验表 明： 在环境 温度为 ２ ５℃的 空旷实验 室 内， 该 系统测量 范围为 ２ ０—１ ５ ０ ０ ｃ ｍ， 测量 精确度 可达 ２ ｍ ｍ． 相 比于其他设计 ， 该 系统有更 高的精确度 ， 并且有较 高的可靠性和 实用性 ， 可以更好地 满足各种 工业现场的需
超声波外侧液位计的工作原理
超声波外侧液位计的工作原理
1、工作原理
超声波外测液位计，是一种利用声呐测距原理，“微振动分析”专利技术从容器外测量液位的智能化现场变送器式仪表，如图1所示。
超声波外测液位计仪表主机安装在被测容器附近，测量探头安装在容器外壁上，探头能产生高频声呐信号穿透容器壁在液体中形成回波，经过液面反射回来后由探头检测到回波信号。
回波信号通过先进的智能化处理后计算出时间t，系统根据公式H=v×（t/2-tg/2）×α计算出液面高度，实现测距。
式中：
H为液位高度；
v为声呐波在液体中传播的速度；
t为声呐波从发射到返回所用的时间；
tg为声呐波在罐壁中的传输时间；
α为修正系数。
计算的高度被转换成模拟信号送至SIS系统，实现系统对液位的连锁控制。
超声波外侧液位计具有专利技术，克服了声呐信号穿透容器壁的大幅衰减及液体声速改变等干扰因素。
可识别和拒绝容器壁余振、多重回波、虚假回波等干扰，智能的回波识别算法，确保液面总能得到有效的跟踪和监测。
当液体的温度、成分变化较大时，会对声呐信号在液体里的传播速度产生较大影响，带来测量误差。
超声波外侧液位计具有专利的“自校准”精度技术，通过在储罐上找出一段已知长
度作为标尺，得出当前状态下的传播速度，根据计算液位测量结果进行实时补偿修正，从而消除液体温度和成分变化对测量精度的影响。
自动校准功能，能够始终保证仪表液位测量的高精度。
超声波液位计测量原理
超声波液位计测量原理一、引言超声波液位计是一种非接触式的液位测量仪器，它利用超声波在空气和液体介质中传播速度不同的特性来测量液位高度。
该技术广泛应用于化工、石油、食品等工业领域，具有测量范围广、精度高、稳定可靠等优点。
二、超声波液位计的基本构成和工作原理超声波液位计主要由发射器、接收器、信号处理单元和显示单元四部分组成。
其中发射器和接收器分别安装在容器壁上，通过信号处理单元将发射器发出的超声波信号转化为电信号，并经过滤波、放大等处理后送至显示单元进行显示。
超声波液位计的工作原理是利用超声波在空气和液体介质中传播速度不同的特性来测量液位高度。
当发射器向容器内部发出一束频率为f1的超声波信号时，这束信号会穿过空气层并到达液面，部分能量被反射回来并被接收器接收到。
由于在空气和液体介质中传播速度不同，因此反射回来的超声波信号会经过一定的时间延迟后才被接收器接收到。
根据声波在介质中传播的速度公式v=fλ，其中v为声速，f为频率，λ为波长，可以计算出液位高度h。
三、超声波液位计的工作原理详解1. 超声波发射器和接收器超声波发射器和接收器是超声波液位计中最基本的部分。
发射器主要由振动片、驱动电路等组成，其作用是将电信号转化为机械振动，并将振动能量传递给介质中的空气层。
接收器主要由振动片、前置放大电路等组成，其作用是将反射回来的机械振动转化为电信号，并进行放大处理。
2. 超声波在空气和液体介质中传播超声波是指频率高于20kHz的机械振动，在空气和液体介质中传播时具有不同的特性。
在空气中传播时，由于空气密度小、弹性模量小，导致声速较低；而在液体介质中传播时，则由于液体密度大、弹性模量大，导致声速较高。
因此，当超声波信号穿过空气层并到达液面时，其传播速度会发生变化。
3. 超声波在介质中的反射和衰减当超声波信号到达液面后，部分能量会被反射回来，并在空气中传回到接收器处。
由于超声波在介质中的传播存在一定的衰减现象，因此反射回来的超声波信号强度会比发射时要小。
基于单片机的超声波液位检测系统设计
基于单片机的超声波液位检测系统设计作者：马莹郑文斌来源：《海峡科学》2007年第10期[摘要] 介绍了利用AT89C51单片机控制的超声波测距系统的原理。
给出了系统构成,并在数据处理中采用了温度补偿修正。
此系统具有易控制、工作可靠、测量精度高的优点，可实时监控液位。
[关键词] 单片机超声波测距温度补偿1 引言在许多工业生产系统中，需要对系统的液位或物料位进行监测，特别是对具有腐蚀性的液体液位的测量，传统的电极法是采用差位分布电极，通过给电脉冲来检测液面，电极长期浸泡在液体中，极易被腐蚀、电解、失去灵敏性，因而对测试设备的抗腐蚀性要求较高。
超声波液位检测系统，利用了超声波传感技术的原理，采取一种非接触式的测量方法，能够实现对工业系统中液位或物料位的检测；而且超声波具有很好的指向性和束射特性，人耳听不见，一般不会对人体造成伤害,检测工程方便、迅速、易做到实时控制，而且测量精度又能达到工业实用的要求，所以有广泛的应用前景。
2 超声波测距原理所谓超声波就是指频率高于20kHz的机械波，一般由压电效应或磁致伸缩效应产生；它沿直线传播，当频率越高，绕射能力越弱，但反射能力越强；它还具有强度大、方向性好等特点，为此，利用超声波的这些性质就可制成超声波传感器。
超声波传感器是利用超声波在超声场中的物理特性和各种效应研制而成的传感器。
超声波传感器按其工作原理可分为压电式、磁致伸缩式、电磁式等[1]，其中以压电式最为常用。
压电式超声波传感器常用的材料是压电晶体和压电陶瓷，它是利用压电材料的压电效应来工作的：逆压电效应将高频电振动转换成高频机械震动，从而产生超声波，可作为发射探头；而正压电效应是将超声波振动转换成电信号，可作为接收探头。
超声波测距的原理主要是由超声波传感器的发射探头发射超声波,当超声波遇到障碍物时,会被反射,利用单片机记录超声波发射的时间和接收到回波的时间,根据当前环境下超声波的传播速度,即可通过公式S=C*[T/2](S为被测距离,C为空气中声速,T为回波时间,T=T1+T2)计算出超声波传播的距离,也就得到了障碍物离测试系统的距离。
基于DYP-ME007超声波模块的液位测量系统设计
案
加 熟
２ ０ １ ３年 第 ４ ２卷 第 ６期
Ｖ Ｏ１ ． ４２ Ｎ Ｏ． ６ ２０ｌ ３
Ｉ ＮＤＵＳ ＴＲＩ ＡＬ ＨＥＡＴＩ ＮＧ
ＤＯ Ｉ ：１ ０ ． ３ ９ ６ ９ ￣ ．ｉ ｓ ｓ ｎ ．１ ０ ０ ２ — １ ６ ３ ９ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ６ ． ０ ０ ６
基于 Ｄ Ｙ Ｐ — ＭＥ ０ ０ ７ 超声波模块的液位测量系统设计
兰 羽
（ 陕西工业职业技术学院 电气学院，陕西 成 阳 ７ １ ２ ０ ０ ０ ） 摘要 ：为了在有毒 、易爆 、高温 、高压 等环境 中快速准确检测液体液位，系统以 Ｓ Ｔ Ｃ ８ ９ Ｃ５ １ 单片机为核心，采用超声波测距模块 Ｄ Ｙ Ｐ — ＭＥ ０ ０ ７ ，利用超声波测距原理 ，由 Ｓ Ｔ Ｃ ８ ９ Ｃ ５ １ 单片机控制 Ｄ ＹＰ — ＭＥ ０ ０ ７模块发射超声波，遇到被 测液面反射后模块接收 回波， 通 过单片机 记录超声 波经 过路径所 用时间，计算 出超声波走过距离 ，从而得 到液位 的高度 ，本 文完成 了系统 的硬件 电路和软件 编 程 的设计 。经实验表明：系统 测量 范围在 ２～ ４ ０ ０ ｅ ｍ，测量精 度 １ ｃ ｍ，符合实 际需要 。 关键词 ：单片机 Ｓ Ｔ Ｃ ８ ９ Ｃ ５ １ ；超声波测距 ；Ｄ ＹＰ － ＭＥ ０ ０ ７ 模块 ；液位测量 中图分类号 ：Ｔ Ｐ ２ １ ２ １ 文献标志码 ：Ａ 文章编号 ：１ ０ ０ ２ ． １ ６ ３ ９ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ６ — ０ ０ １ ８ － ０ ３
Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ Ｕｌ ｔ ｒ ａ ｓ ｏ ｎ ｉ ｃ Ｌｉ ｑ ｕ ｉ ｄ Ｌｅ ｖ ｅ ｌ Ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｉ ｎ ｇ ＳＭｏ ｄ ｕ ｌ ｅ
基于超声波的液位控制系统设计
基于超声波的液位控制系统设计液位控制是许多工业和民用设备中都需要解决的问题之一。
现今市场上，许多常见的液位控制系统主要是基于机械浮子测量的液位计，但是这种方法存在不少问题。
机械浮子测量容易受到水质、污物等因素的干扰，而且使用寿命有限，维护和保养成本也相对较高。
因此，在一些要求更高精度和可靠性的场合中，一些公司研发出基于超声波技术的液位控制系统，因其精准度和可靠性高，迅速受到了市场和用户的关注。
一、超声波液位控制系统工作原理超声波液位控制系统是利用超声波的传播来测量液体的高度。
发射器通过发射高频的声波进入液体中进行传播，并被液位震荡反射回来，经过接收器接收到数据后进行处理得到液体的高度，将反射的波的时间和距离进行计算得出液位高度并输出。
该系统通过连续监测液位高度，在液位高度超过或低于规定的范围时，会自动控制阀门和泵来调节液位。
二、超声波液位控制系统设计方案1.传感器设计超声波液位控制系统中最主要部分是传感器部分。
普通的超声波液位计仅仅用一根声波发射二极管及一根声波接收二极管构成，但针对经常测液位的应用，需要具备让声波利用到最大程度的连续性和可靠性。
为了提高传感器稳定性，采用啁啾控制技术，它能让传感器自己检测最佳声波发射和接收的频率。
同时，使用微控制器处理、数字滤波器、多路径混合技术与声学背景优化，而且还能自动消除液位表面浮泡的影响，从而保证了传感器的稳定性和准确性。
2.软件设计针对使用者的项目，软件能够自动控制开关和维护，并且检测“故障”和“空气”的存在。
开发者可以通过设置相关参数提高精度和可靠性，例如预设液位上下允许变化的范围、高液位接入自动停止泵、低液位接入自动启动泵、液位报警机制等等。
3.硬件固定设计声音的传播是有其规律的。
如果使用一个夹具将传感器与液位容器固定在同一位置，那么系统稳定性就能提高20%以上。
在同一个容器中，容器的形状可定制化设计，以便于超声波能灵敏、准确地辐射到整个液位容器。
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黄河科技学院本科毕业设计任务书
信息工程学院电子与通信工程系电子信息工程专业级班学号学生指导教师王二萍
毕业设计题目超声波液位测量系统的设计
毕业设计工作内容与基本要求
一、背景和意义
液位控制问题是工业过程中的一类常见问题，目前国内在液位自动控制方面缺少长期可靠的使用范例，还没有适用于液位测量和自动控制的定型产品。
因此研究出一种超声波液位传感器很有必要。
传统的液位测量绝大多数都是人工控制，造成了人力资源的浪费，同时安全性可靠性都不高，采用单片机实现液位测量即可避免这种情况的发生。
二、目标和任务
本设计目标是针对现有液位传感器的不足，开发一种大量程、精度高、带有标准工业控制输出接口的超声波液位传感器，建议采用单片机作为超声液位传感器的控制核心，能够简化控制电路设计；采用单一换能器进行超声波的发射和接收以降低装置成本；采用多级二阶有源滤波器以提高信噪比，进而能较大限度地提高对微弱回波信号的放大倍数。
最后根据设计原理图焊接、调试。
三、途径和方法
1.从网络上查阅此领域最新研究成果，并查阅相关理论知识，利用单片机控制技术的相关知识整理出硬件设计方案；
2.在已搭建的硬件的基础上构思软件流程，给出程序；
3.软硬件联调。
四、主要参考资料
[1] 白宗文，刘生春，白洁.基于单片机的超声波测控液位系统的设计[J].电子设计工程,2011（18）:33～36．
[2] 么启等. 基于DSP的超声波明渠液位测量系统[J].电子设计工程,2011（21）:142～145．
[3]房小翠、熊光洁、聂学俊等，单片微型计算机与机电接口技术[M]．北京；
国防工业出版社，2002．
[4]王质朴，吕运朋，MCS-51单片机原理、接口及应用[M]．北京：北京理工大学出版社,2009.
[5] 杨素行等.模拟电子技术基础简明教程[M].北京：高等教育出版社,2001.
[6] 闫石.数字电子技术基础[M].第三版.北京: 高等教育出版社,1989.
毕业设计时间：2013 年 2 月10 日至2013 年 5 月25 日
计划答辩时间：2013 年 5 月22 日
工作任务与工作量要求：原则上查阅文献资料不少于12篇，其中外文资料不少于2篇；文献综述不少于3000字；文献翻译不少于3000字，理工科类论文或设计说明书不少于8000字（同时提交有关图纸和附件），提交相关图纸、实验报告、调研报告、译文等其它形式的成果。
毕业设计说明书撰写规范及有关要求，请查阅《黄河科技学院本科毕业设计（论文）指导手册》。
专业（教研室）审批意见
审批人签名：。