[實用新型]基于雙點法實測聲速的高精度超聲波液位變送器

有效

• 申請號: 201520966789.6
• 申請日: 2015-11-30
• 公開（公告）號: CN205120208U
• 公開（公告）日: 2016-03-30
• 發明（設計）人: 周自平;楊席;瑛健;羅奎;馮健
• 申請（專利權）人: 湖南沄輝科技股份有限公司
• 主分類號: G01F23/296
• 分類號: G01F23/296
• 代理公司: 長沙楚為知識產權代理事務所(普通合伙) 43217
• 代理人: 李大為;于海東

技術領域

本實用新型涉及一種超聲波液位變送器，具體涉及一種能實時精準測量液位的基于雙點法實測聲速的高精度超聲波液位變送器。

背景技術

超聲波液位變送器作為非接觸式液位傳感器，有著安裝方便、穩定性高、不受介質污染等方便的優點，能大量應用到工業、農業等各種液位測量的場合。由于超聲波測量必須用到聲速，然而聲速受各種外界環境的影響而有變化，現有的超聲波液位變送器一般采用固定聲速或者采用溫度去補償聲速的方式。這種補償方式不能完全反應正確的聲速，因此測量過程中還是會受到空氣中溫度、濕度、空氣質量等方面的影響，導致測量精度不高。因此現有的超聲波液位變送器只能在測量精度要求不高或者室內外界環境變化不大的情況下使用。

超聲波液位變送器的原理是通過超聲波在空氣中傳播的時間和聲波的傳輸速度計算得到超聲波探頭與液位之間的距離，從而測得液位。然而聲速隨著外界環境的變化而變化，傳統的超聲波液位傳感器主要通過測量溫度去補償聲速。這種方法存在如下缺點：

首先測量的溫度不能及時正確的反應出當時空氣中的溫度；

其次，聲速不僅僅是受溫度影響，它還受濕度、空氣質量等方面的影響。

因此這樣的聲速補償不能真正的反映真實聲速，所以以此聲速去計算測量距離時還是容易受到外界環境的影響，導致測量距離的不準確，從而測量精度不高，誤差大。因此，現有超聲波測距變送器測量的可重復性和精度不高，容易受空氣溫度，空氣濕度，空氣質量等外界環境的影響。

CN104483380A公開了一種基于溫度補償的超聲波氣體濃度測量方法及測量裝置，采用1只收發一體式超聲波換能器，通過發射信號經傳感器管體另一側內壁反射后，測量接收信號的傳播時間來實現氣體濃度測量，降低了超聲波換能器的安裝難度，減少了成本；同時通過內置的溫度傳感器來實現溫度動態補償，首先建立待測氣體在兩種濃度下的溫度與聲速補償曲線；再根據當前實測溫度，利用溫度與聲速補償反推出兩種濃度的待測氣體在當前溫度下的傳播速度，并實時建立處濃度與傳播速度的關系曲線；根據當前溫度下的傳播時間計算出傳播速度，并帶入實時曲線中即可計算出實時濃度，保證超聲波氧氣濃度傳感器在不同溫度下的測量準確性。

該對比文件中公開的超聲波測量方法采用的是傳統的用測量溫度去補償聲速的方式，仍然容易受環境的影響。并且從原理上說明了聲速還受空氣濃度的影響。

CN204214517U公開了一種擁有自動校準功能的超聲波液位測量系統，包括微控制器、發射電路、接收電路和超聲波探頭，還包括溫度補償電路，在所述超聲波探頭和被測目標之間設置有一金屬桿，通過實測聲速和溫度測量進行自動校準，測量精度高，實現對液位的精確測量。

該對比文件中公開的超聲波液位測量系統，雖然采用了金屬管補償的方式，但是在實際測量中還是以溫度測量聲速為準，以金屬管做為偏移后的補償，這樣導致小范圍內測量偏差比較大。另外，由于此種方法的超聲波探頭同一時間測量金屬桿和液位，所以很容易受到虛假回波的干擾，造成測量不穩定。

實用新型內容

本實用新型所要解決的技術問題是，提供一種使超聲波測量不受外界影響的、高穩定性和高精度的，能實時精準測量液位的基于雙點法實測聲速的高精度超聲波液位變送器。

為解決本實用新型的技術問題，所采用的技術方案如下：

基于雙點法實測聲速的高精度超聲波液位變送器，包括：

超聲波探頭一，用于測量實際聲速；

超聲波探頭二，用于測量待測物的距離；

中央處理器分別連接變壓器驅動電路一和放大、濾波、整形電路一，超聲波探頭一設置在變壓器驅動電路一和放大、濾波、整形電路一之間；

中央處理器還分別鏈接變壓器驅動電路二和放大、濾波、整形電路二，超聲波探頭二設置在變壓器驅動電路二和放大、濾波、整形電路二之間；

超聲波探頭一設置在已知固定距離處的反射物的正上方，超聲波探頭二設置在待測物的正上方。

中央處理器發出PWM信號經變壓器驅動電路一驅動超聲波探頭一發射超聲波，超聲波遇到設置在已知固定距離處的反射物后發射回來，被反射回來的超聲波回波被所述超聲波探頭一接收，并將其轉化成超聲波回波信號，超聲波回波信號經放大、濾波、整形電路一處理后，變成中央處理器可以捕捉采樣的信號被中央處理器接收，通過中央處理器內部計算得出當時的實際聲速；