基于一體化法實(shí)測(cè)聲速的高精度超聲波液位變送器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種超聲波液位變送器，具體涉及一種能實(shí)時(shí)精準(zhǔn)測(cè)量液位的基于一體化法實(shí)測(cè)聲速的高精度超聲波液位變送器。
【背景技術(shù)】
[0002]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(wěn)定性高、不受介質(zhì)污染等方便的優(yōu)點(diǎn)，能大量應(yīng)用到工業(yè)、農(nóng)業(yè)等各種液位測(cè)量的場(chǎng)合。由于超聲波測(cè)量必須用到聲速，然而聲速受各種外界環(huán)境的影響而有變化，現(xiàn)有的超聲波液位變送器固定聲速或者采用溫度去補(bǔ)償聲速的方式。這種補(bǔ)償方式不能完全反應(yīng)正確的聲速，因此測(cè)量過程中還是會(huì)受到空氣中溫度、濕度、空氣質(zhì)量等方面的影響，導(dǎo)致測(cè)量精度不高。因此現(xiàn)有的超聲波液位變送器只能在測(cè)量精度要求不高或者室內(nèi)外界環(huán)境變化不大的情況下使用。
[0003]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(shí)間和聲波的傳輸速度計(jì)算得到超聲波探頭與液位之間的距離，從而測(cè)得液位。然而聲速隨著外界環(huán)境的變化而變化，傳統(tǒng)的超聲波液位傳感器主要通過測(cè)量溫度去補(bǔ)償聲速。這種方法存在如下缺點(diǎn):
[0004]首先測(cè)量的溫度不能及時(shí)正確的反應(yīng)出當(dāng)時(shí)空氣中的溫度；
[0005]其次，聲速不僅僅是受溫度影響，它還受濕度、空氣質(zhì)量等方面的影響。
[0006]因此這樣的聲速補(bǔ)償不能真正的反映真實(shí)聲速，所以以此聲速去計(jì)算測(cè)量距離時(shí)還是容易受到外界環(huán)境的影響，導(dǎo)致測(cè)量距離的不準(zhǔn)確，從而測(cè)量精度不高，誤差大。因此，現(xiàn)有超聲波測(cè)距變送器測(cè)量的可重復(fù)性和精度不高，容易受空氣溫度，空氣濕度，空氣質(zhì)量等外界環(huán)境的影響。
[0007]CN104483380A公開了一種基于溫度補(bǔ)償?shù)某暡怏w濃度測(cè)量方法及測(cè)量裝置，采用I只收發(fā)一體式超聲波換能器，通過發(fā)射信號(hào)經(jīng)傳感器管體另一側(cè)內(nèi)壁反射后，測(cè)量接收信號(hào)的傳播時(shí)間來實(shí)現(xiàn)氣體濃度測(cè)量，降低了超聲波換能器的安裝難度，減少了成本;同時(shí)通過內(nèi)置的溫度傳感器來實(shí)現(xiàn)溫度動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，首先建立待測(cè)氣體在兩種濃度下的溫度與聲速補(bǔ)償曲線;再根據(jù)當(dāng)前實(shí)測(cè)溫度，利用溫度與聲速補(bǔ)償反推出兩種濃度的待測(cè)氣體在當(dāng)前溫度下的傳播速度，并實(shí)時(shí)建立處濃度與傳播速度的關(guān)系曲線;根據(jù)當(dāng)前溫度下的傳播時(shí)間計(jì)算出傳播速度，并帶入實(shí)時(shí)曲線中即可計(jì)算出實(shí)時(shí)濃度，保證超聲波氧氣濃度傳感器在不同溫度下的測(cè)量準(zhǔn)確性。
[0008]該對(duì)比文件中公開的超聲波測(cè)量方法采用的是傳統(tǒng)的用測(cè)量溫度去補(bǔ)償聲速的方式，仍然容易受環(huán)境的影響。并且從原理上說明了聲速還受空氣濃度的影響。
[0009]CN204214517U公開了一種擁有自動(dòng)校準(zhǔn)功能的超聲波液位測(cè)量系統(tǒng)，包括微控制器、發(fā)射電路、接收電路和超聲波探頭，還包括溫度補(bǔ)償電路，在所述超聲波探頭和被測(cè)目標(biāo)之間設(shè)置有一金屬桿，通過實(shí)測(cè)聲速和溫度測(cè)量進(jìn)行自動(dòng)校準(zhǔn)，測(cè)量精度高，實(shí)現(xiàn)對(duì)液位的精確測(cè)量。
[0010]該對(duì)比文件中公開的超聲波液位測(cè)量系統(tǒng)，雖然采用了金屬管補(bǔ)償?shù)姆绞剑窃趯?shí)際測(cè)量中還是以溫度測(cè)量聲速為準(zhǔn)，以金屬管做為偏移后的補(bǔ)償，這樣導(dǎo)致小范圍內(nèi)測(cè)量偏差比較大。另外，由于此種方法的超聲波探頭同一時(shí)間測(cè)量金屬桿和液位，所以很容易受到虛假回波的干擾，造成測(cè)量不穩(wěn)定。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0011]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是，提供一種使超聲波測(cè)量不受外界影響的、高穩(wěn)定性和高精度的，能實(shí)時(shí)精準(zhǔn)測(cè)量液位的基于一體化法實(shí)測(cè)聲速的高精度超聲波液位變送器。
[0012]為解決本實(shí)用新型的技術(shù)問題，所采用的技術(shù)方案如下:
[0013]基于一體化法實(shí)測(cè)聲速的高精度超聲波液位變送器，包括超聲波探頭和中央處理器:
[0014]中央處理器連接一傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)連接一反射物；
[0015]所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)用于在接收中央處理器發(fā)出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)后，將與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)連接的反射物移動(dòng)到超聲波探頭正下方，用于測(cè)量實(shí)際聲速;所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)還用于在測(cè)量實(shí)際聲速后，接收中央處理器發(fā)出的收回信號(hào)，將發(fā)射物移出超聲波探頭測(cè)量范圍；
[0016]所述中央處理器連接變壓器驅(qū)動(dòng)電路和放大、濾波、整形電路，所述超聲波探頭設(shè)置在變壓器驅(qū)動(dòng)電路和放大、濾波、整形電路之間；
[0017]所述變壓器驅(qū)動(dòng)電路，用于在接收中央處理器發(fā)出PWM信號(hào)后驅(qū)動(dòng)超聲波探頭先后向位于超聲波探頭正下方的反射物或待測(cè)物發(fā)射超聲波，超聲波遇到反射物或待測(cè)物反射回來，被反射回來的超聲波回波被所述超聲波探頭接收，并將其轉(zhuǎn)化成超聲波回波信號(hào)，超聲波回波信號(hào)經(jīng)放大、濾波、整形電路的處理后被中央處理器接收；
[0018]所述中央處理器與顯示設(shè)備連接，將測(cè)得的距離數(shù)據(jù)通過顯示設(shè)備輸出并顯示，所述顯示設(shè)備還用于進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。
[0019]進(jìn)一步地，
[0020]所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為電動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；
[0021 ]所述電動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括電機(jī)，電機(jī)控制器和設(shè)置在傳動(dòng)軸上的定位機(jī)構(gòu)，電機(jī)控制器與中央處理器信號(hào)連接，通過中央處理器控制電機(jī)控制器去驅(qū)動(dòng)電機(jī)執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作。
[0022]進(jìn)一步地，
[0023]所述中央處理器留有RS485通信接口，通過RS485通信接口連接上位機(jī)，將中央處理器測(cè)得的所述距離數(shù)據(jù)傳送給上位機(jī)。
[0024]進(jìn)一步地，
[0025]所述中央處理器還連接數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，中央處理器測(cè)得的所述距離數(shù)據(jù)也可以通過數(shù)模轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成工業(yè)場(chǎng)合用的4_20mA的信號(hào)。
[0026]進(jìn)一步地，
[0027]所述中央處理器還留有繼電器輸出接口，所述繼電器輸出接口用于現(xiàn)地控制或報(bào)塾目ο
[0028]本實(shí)用新型具有如下有益效果:
[0029]本實(shí)用新型在超聲波液位變送器的單片機(jī)上連接一個(gè)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，通過分時(shí)復(fù)用的方式，周期性的控制擋板移動(dòng)到超聲波探頭下方固定距離位置，然后測(cè)得當(dāng)時(shí)的實(shí)際聲速。當(dāng)擋板移出超聲波探頭測(cè)量范圍后，又將上一次測(cè)量的聲速用作下一次液位測(cè)量時(shí)所用的實(shí)際聲速。因此，每一小段時(shí)間的液位測(cè)量都是先采用傳動(dòng)機(jī)構(gòu)移動(dòng)擋板進(jìn)行聲速采樣，然后通過采樣的實(shí)際聲速進(jìn)行正常的液位測(cè)量。如此使得超聲波測(cè)量不受外界環(huán)境的影響，大大提高了測(cè)量的可重復(fù)性和精度。
[0030]本實(shí)用新型摒棄傳統(tǒng)的用測(cè)量溫度去補(bǔ)償聲速的方法，采用直接測(cè)量聲速的方式，因此能克服在超聲波測(cè)距中因受到空氣溫度、壓力、濕度、空氣質(zhì)量等方面的影響，而造成的測(cè)量精度誤差和不穩(wěn)定性，能大大提高測(cè)量精度和抗外界環(huán)境干擾的能力。
[0031]本實(shí)用新型超聲波測(cè)距的方法中，聲速測(cè)量完全使用直接測(cè)量方式，且測(cè)量聲速和測(cè)量待測(cè)物采用的是分時(shí)或者獨(dú)立測(cè)量，因此與對(duì)比文件CN204214517U相比，具有這更高的測(cè)量精度，抗環(huán)境干擾能力和抗虛假回波的干擾能力。
【附圖說明】
[0032]為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0033]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0034]圖2為本實(shí)用新型的測(cè)量流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]以下結(jié)合附圖以及具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述:
[0036]如圖1、圖2所示:
[0037]本實(shí)施例一種基于一體化法實(shí)測(cè)聲速的高精度超聲波液位變送器，包括:
[0038]包括超聲波探頭I和中央處理器:
[0039]中央處理器連接一傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3連接一反射物(所述反射物可以為擋板)2；
[0040]所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3用于在接收中央處理器發(fā)出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)后，將與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3連接的反射物2移動(dòng)到超聲波探頭I正下方，用于測(cè)量實(shí)際聲速;所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3還用于在測(cè)量實(shí)際聲速后，接收中央處理器發(fā)出的收回信號(hào)，將發(fā)射物2移出超聲波探頭測(cè)量范圍；
[0041]所述中央處理器連接變壓器驅(qū)動(dòng)電路和放大、濾波、整形電路，所述超聲波探頭設(shè)置在變壓器驅(qū)動(dòng)電路和放大、濾波、整形電路之間；
[0042]所述變壓器驅(qū)動(dòng)電路，用于在接收中央處理器發(fā)出PWM信號(hào)后驅(qū)動(dòng)超聲波探頭I先后向位于超聲波探頭I正下方的反射物2或待測(cè)物(待測(cè)液面)發(fā)射超聲波，超聲波遇到反射物2或待測(cè)物(待測(cè)液面)反射回來，被反射回來的超聲波回波被所述超聲波探頭接收，并將其轉(zhuǎn)化成超聲波回波信號(hào)，超聲波回波信號(hào)經(jīng)放大、濾波、整形電路的處理后被中央處理器接收。
[0043]中央處理器通過超聲波探頭測(cè)得的實(shí)際聲速和超聲波在超聲波探頭和待測(cè)物之間的傳播時(shí)間計(jì)算得出待測(cè)液面的距離。
[00