超聲波液位計

的設計:

1超聲波原理

由于超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，因此如果能夠測定超聲波在空氣中的傳播時間，則能夠計算出其傳播距離。 超聲波測量液位通過測量超聲波傳播的時間間隙來測量聲波傳播的距離。 具體方法:從安裝在被測容器上部的超聲波探頭向液面發射超聲波，聲波被液面反射后，由探頭接收。 控制器測定傳播時間t，并求出從音速v到液面到探針的空間距離l。 在測量到容器底部的距離、即安裝高度h的基礎上，可以求出容器內的液面水平h。 計算公式如下

H=H-L在此L=v&bull； t/2

另外，由于空氣溫度對聲速有一定的影響，因此有必要測定環境空氣溫度t來修正聲速。 公式如下

v=331.46 0.61&bull； T(℃)

2.2

超聲波液位計

的主要電路

超聲波液位計由超聲波探頭、發送控制和接收處理電路、控制器和顯示器等部分構成。 圖2示出其硬件結構框圖。 發送接收和換能器探頭包括壓電型換能器、收發器和溫度補償電路的收發器或發送控制和接收處理電路，主要由超聲波發送脈沖寬度控制、回波信號檢波、比較、微分、整形等信號處理電路構成的顯示電路由74LS164和LED構成， 完成系統參數和液位高度顯示的控制器是由80C552單片機組成的應用系統，主要完成按鈕掃描處理、超聲波發射控制、回波接收時間計算、液位換算等。 文章著重介紹了為提高測量精度和減少測量死角測量超聲回波的硬件和軟件對策。 電路。

當發送出超聲波時，發送波或接收回波等經由接收電路從In側輸入信號，并進行檢波、放大、比較、微分，由此在d觸發器的r側形成尖峰。 該脈沖信號被整形為d觸發器，以獲得下跳窄的脈沖，并發送給80C552的INT端。 在20C552的中斷系統中記錄每次的中斷時間以及從相鄰的兩個中斷的時間間隔得知從傳輸到收到回聲的時間，即超聲波的往返時間，從而計算傳播之間的距離。

3提高測量精度、縮小測量死角的對策

本文重點論述了利用超聲波檢查提高測量精度，減少測量死角的軟硬件對策。

如果發生超聲波發射或強馀震，就不能同時檢測回聲。 因此，在接近探針的發光面的一定距離內不能正常檢測，形成檢測死區。 常見國內外超聲儀器死角范圍超過0.30m。 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射波的強弱和回波檢測的方法有關。 一般來說，在距離相同的情況下，載波波強，接收回波信號強，但馀震也強，死角大。 相反小。 在發送波的強度相同的情況下，檢測距離越近，接收回波信號越強，死角越大。 接著，當超聲波探頭向液面發射超聲波時，該波在液面與探頭之間反射多次，在接收電路中產生多個回波，在80C552中形成一系列的中斷信號。 其中，由于輻射脈沖寬度對測量精度的影響較大，本裝置采取了①自動控制輻射波強弱，減小檢測死區的對策進行了設計。 具體來說，通過測試性的發射和距離的檢測，發射波的強弱隨著檢測距離的變化而變化。 ②在軟件設計中，實施了幾種特殊的處理方法，郡在記錄回波的時刻，每次測量連續記錄的回波時刻，計算回波時間時，將z后的2次時刻差作為超聲波的傳播時間。 通過這樣進行處理，能夠避免輻射脈沖寬度對測定帶來的影響，能夠更正確地進行測定，將死角z減小至0.05m。

此外，為了防止干擾波對測量產生影響，在接收回波的電路中增加了電平可變閾值，該電平可變閾值對由需要80C552的PWM脈沖寬度調制端子的接口電路形成的D/A轉換器的輸出施加。 閾值水平的高低必須盡量使回聲發生的中斷時刻接近回聲波形的中心位置，減小波形寬度對測定時間的影響。

通過以上處理，在所要求的測量范圍0.20m~8m，測量z的誤差為0.006m，再現性良好的原因在于，本文設計的超聲波液位計硬件結構簡單，工作可靠，具有上述特征，不僅可應用于化工、電力、石油等行業水平測量，還可應用于其他測距系統

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