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淺析超聲波液位計(jì)的原理和設(shè)計(jì)電路

來(lái)源:上海自動(dòng)化儀表有限公司   2012年08月06日 16:06  

  
  首先我們先說(shuō)說(shuō)超聲波液位計(jì)的原理,大家都知道超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s,因此,如果能測(cè)出超聲波在空氣中的傳播時(shí)間,就能算出其傳播的距離。超聲波測(cè)量液位,就是通過(guò)測(cè)定超聲波傳播的時(shí)間間隙來(lái)測(cè)出聲波傳送的距離。具體方法:見圖1。由安裝于被測(cè)容器頂部的超聲波探頭向液面發(fā)射一束超聲波,聲波被液面反射后,由探頭接收。控制器測(cè)得傳播時(shí)間t,根據(jù)聲速v,即可得出液面至探頭的空間距離L。在已經(jīng)探頭至容器底部距離,即安裝高度H的前提下,可得出容器內(nèi)的液位高度h。計(jì)算公式為:
  H=H-L其中L=v?t/2
  另外,由于空氣溫度對(duì)聲速有一定的影響,所以還應(yīng)測(cè)出環(huán)境空氣溫度T,以修正聲速。公式為:
  v=331.460.61?T(℃)
  主要電路:超聲波液位計(jì)由超聲波探頭,發(fā)射控制與接收處理電路,控制器和顯示等部分組成。收發(fā)及換能器探頭由壓電式換能器、收發(fā)器及溫度補(bǔ)償電路組成;收發(fā)器包括發(fā)射控制與接收處理電路,主要由超聲波發(fā)射脈寬控制、回波信號(hào)檢波、比較、微分、整形等信號(hào)處理電路組成;顯示電路采用74LS164和LED組成,完成系統(tǒng)參數(shù)及液位高度的顯示;控制器是以80C552單片微機(jī)組成的應(yīng)用系統(tǒng),主要完成按鍵的掃描處理,超聲波的發(fā)射控制,接收回波時(shí)間的計(jì)算,以及液位的換算等。
  本文重點(diǎn)介紹為了提高測(cè)量精度及減小測(cè)量盲區(qū)對(duì)超聲波液位計(jì)回波檢測(cè)所采取的軟硬件措施。當(dāng)超聲波發(fā)射時(shí),發(fā)射波或接收的回波皆可經(jīng)接收回路將信號(hào)由In端輸入,通過(guò)檢波、放大、比較、微分,在D觸發(fā)器的R端形成尖脈沖。該脈沖信號(hào)經(jīng)D觸發(fā)器整形得到一個(gè)下跳變的窄脈沖,送到80C552的INT端。通過(guò)20C552的中斷系統(tǒng)記錄每次中斷時(shí)刻,根據(jù)相鄰兩次中斷的時(shí)間間隔,也就知道了從發(fā)射至接收到回波這段時(shí)間,即超聲波來(lái)回傳播的時(shí)間,從而可以計(jì)算出傳播的距離。
  

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