（计算机应用技术专业论文）超声波油量测量仪的研究.pdf

a b s 仃a c t l e v e lm e a s u r e m e n ti n s t r u m e n ti s w i d e l y u s e di nt h ef i e l d so fo i l i n d u s t r y a n dc h e m i c a l i n d u s t r y i t i sad i r e c t i o no fd e v e l o p m e n to f m o d e m i n d u s t r ya n dc o m m e r c et or e a l i z en oc o n t a c tm e a s u r e m e n ta n d i n t e l l i g e n tm a n a g e m e n t i t i sa na c c u r a t ea n de c o n o m i cw a yt o u s e u l t r a s o n i ct om e a s u r e l i q u i dl e v e l ，m a t e r i a l l e v e la n dt h i c k n e s sa n d t o p o g r a p h y u n d e rw a t e n t h i st h e m ed e a l sw i t hm e a s u r i n go i li nt h eo i lt a n ka tt h eg a ss t a t i o n i n t h i st h e m e ，t h e r ei sf u r t h e rd i s c u s s i o na b o u tt h ef e a s i b i l i t ya n da d v a n t a g e o fu s i n gu l t r a s o n i ca st h es i g n a ls o u r c et om e a s u r ed i s t a n c e t h i so i l m e a s u r e m e n tu l t r a s o n i ci n s t r u m e n tt a k e st h es m a l l e s ts y s t e mo f t h ec h i p c o m p u t e r a t 8 9 c 5 2a st h ec o r ea n dt a k e s t h e t h e o r y o fu l t r a s o n i c m e a s u r e m e n ta s t 1 1 eb a s i si t u s e su l t r a s o n i ct om e a s u r et h e o i l a u t o m a t i c a l l ya n da l s o d e a l sw i t hd a t ai no r d e rt o d e c r e a s ea r t i f i c i a l i n t e r f e r ea n dp r o v i d e sap e r s o n - c o m p u t e rs c r e e n w i t has h o wa n da k e y b o a r d ，w h i c h i sc o n v e n i e n tf o rt h e o p e r a t o r s c a r r y i n g o u tt h e m e a s u r e m e n tc o n t r 0 1 t h eo p e r a t o r sc a l lp r i n ta n dk e e ps o m e d a t au s i n g m i c r o p r i n t e r s o rc o m m u n i c a t i n g w i t hp ci no r d e rt om a n a g e t h es t o r eo f o i la m o u n tv e r yw e l l o nt h eb a s eo fad e t e r m i n e dg e n e r a lp l a n ，b yu s i n gc o m p u t e r a n d e l e c t r o n i ct e c h n o l o g ya n d t h et h e o r yo f u l t r a s o n i cm e a s u r e m e n t ，w e h a v e d e s i g n e d a n dm a d et h e p a r t o fh a r dw a r e o ft h eo i lm e a s u r e m e n t u l t r a s o n i ci n s t r u m e n ta n dw r i t es o m es o f t w a r e p r o c e s s a n dm a k e d e b u g g i n g a n dd os o m e r u n n i n g - i ne x p e r i m e n t s d u r i n gd e s i g n i n g h a r d w a r e c i r c u i t ，w e h a v e u s e dt h e s u p r e m e l i m i t a t i o nt or a i s e d r i v i n g a b i l i t ya n d r a i s et h ed i s t a n c eo fm e a s u r e m e n tt or e t u r n i n gw a r eb y t a k i n gs o m em e a s u r e m e n t sj u s tl i k em u l t i - p o l a re n l a r g i n g ，a c c o r d i n gt o t h eu l t r a s o n i cc h a r a c t e r i s t i c o fi n d e xa t t e n u a f i o nw h e ni t s s p r e a d i n g b e c a u s ew en e e dt om e a s u r el o n g e rd i s t a n c e ( f r o ms e v e r a lm e t e r st o d o z e n so f m e t e r s ) 。d u r i n gt h ep r o c e s so f m a k i n gs o f t w a r e ，w ea p p l yt h e t h o u g h to fp r o c e s sd e s i g no f m o u l d p l a t ea n dm a i n l y d i v i d es o f t w a r ei n t o t y p e sj u s tl i k e t h eu l t r a s o n i cd r i v i n ga n dd a t ad i s p o s a lm o u l dp l a t ea n d t h e f u n c t i o n a lm o u l d p l a t e e a c hm o u l di sm a d eu p o fs e v e r a ls m a l lm o u l d p l a t e s d 融i n g w i t ht h es o f t w a r el i k et h a tn o to n l ym a k e st h es t r u c t u r eo f t h es o t t w a r ec l e a r e r , b u ta l s oi sg o o df o ra d j u s t m e n t s a n da m e n d m e n t so f t h es o f t w a r e b e c a u s et h i sd e s i g nd e m a n d s m o r ea c c u r a t ec a l c u l a t i o n ，t h i s p r o c e s sc 5 1i su s e di ni t a n dw eu s ef l o a t i n gc a l c u l a t i o nt oi m p r o v e c a l c u l a t i o np r e c i s i o n b e s i d e s ，a n t i d i s r u p t i o nm e a s u r ei s u s e di nb o t h 囊a l 妇2 i l l ea n ds o f t - w a r ei no r d e rt oc h e c k t h er e l i a b i l i t ya n ds t a b i l i t yo f o i l m e a s u r e m e n t u l t r a s o n i ci n s t r u m e n t b yu s i n g t h i so i lm e a s u r e m e n tu l t r a s o n i c i n s t r u m e n tt h a ti sm a d e a c c o r d i n g t o c o m p u t e r s k i l l sa n dt h et h e o r yo fl e v e l m e a s u r e m e n t ， a l t h o u g hi t h a sl o wc o s ta n di se a s yt oo p e r a t e ，i t sf u n c t i o ni sp o w e r f u l c o m d a r e dw i t ht h et r a d i t i o n a lm e a s u r e m e n t ，i t h a ss o m ea d v a n t a g e ss u c h a sf a s t e r s p e e d s ，m o r ea c c u r a c y a n d g o o dr e l i a b i l i t y a n dh a sw i d e a p p l i c a t i o n ，b r i g h tf u t u r ea n dg r e a t v a l u e k e y w o r d s ：u l t r a s o n i c ，s e n $ o r ，c h i pc o m p u t e r , h a r d w a r e ，s o f t w a r e + ! 釜娶黧壁垒堂塑生坚 篓= 翌! ! 童 第一章雩l 言 1 1 匿，海步 渡篷谤蠹纹纛瓣蠛状 l 。l 。l 霉努液霰静莹霰表翡鬟捷 国争p 澈证计量仪表翠麓夫影浆粥机械襟理，憾i 矬华来随著电子技凇鹣波用， 逐步寝魏魄一体她黢曩，莠艇发最了谗多赣麓测撼暇理。在鼗统原理审也渗逶了 豪予技术及羧瓤接零，缍魏肖了狠夫麴蓑善，臻靛青了臻夫熬舞高。获圜癸滚位 纹裘发袋姻技术动懿蓉，警翦主甄有三个熬点：帮越纯液健纹；嚣接触测量 方式的液饺仪；新原理的小泓液位开关。 嚣熬貔磁翡灌撼纹毒班下足耱； ( 1 ) 入工检足 霹瓣浸入式藜囊锈疫足溅鬈液袋，取耨添爨潼滋帮誊囊，逶避诗冀，褥嚣 错波的体积和重量，这是至今仍然在全世界广泛使用的储罐计量方法，也可把它 用住现蛹检验其他测量仪表的参考葶段。人工液像测量的精度一般为2 h 熙的 夫爻误蓑。 ( 2 ) 缀城镶蒂式滚霞搜 6 0 箨代戮8 e 零戎翡鹅，开始科京耱捷瓣备瓣捌带式渡寝援。谯释滚健役采 用个又犬又重的浮子，由泵多孔钢带将浮予炼接至个恒转矩髓骶绒平衡 锤。浮予黥霪耋是浚荣魂多乳镭带逶过鑫凳装嚣攘赫懿檄谤数器箨黼螨鑫示，霹 辩蘩动毫溺交送器，臻霞获褥远鼹囊显示。蠡予港鳙爨藏装嚣瓣瘴攘灸窝键荣重 量，这癸液经仪静溅萋误蒹一般约鸯瘁一t o ) r a m 。辊壤锈露式滚穗纹懿镄赢是： 缝枣窀麓零、徐格低；缺点慰；投能测液位，传动粼馋多，可靠性较黻* 又因需要 罐内安装，维护困难。适用拣圈为存储非腐蚀液体的常压罐、高雒罐。 ( 3 ) 餐糍恁滚整蔹 镯服畿滚健捩怒忿类饺袭瓣袋褒。这类彼袭遴过一个警鬻浮予鞍鬟力敏感装 置，测徽潜予的重爨( 在滚灏、渡内、雾瑟一t 有不溺懿浮力 ，著控粼髑艨魄辊蘧 作终降浮予，跟踪液位变化，同时发出远传信号。伺服式液位仪的微机智能化， ! 釜娶黧壁垒堂塑生坚 篓= 翌! ! 童 第一章雩l 言 1 1 匿，海步 渡篷谤蠹纹纛瓣蠛状 l 。l 。l 霉努液霰静莹霰表翡鬟捷 国争p 澈证计量仪表翠麓夫影浆粥机械襟理，憾i 矬华来随著电子技凇鹣波用， 逐步寝魏魄一体她黢曩，莠艇发最了谗多赣麓测撼暇理。在鼗统原理审也渗逶了 豪予技术及羧瓤接零，缍魏肖了狠夫麴蓑善，臻靛青了臻夫熬舞高。获圜癸滚位 纹裘发袋姻技术动懿蓉，警翦主甄有三个熬点：帮越纯液健纹；嚣接触测量 方式的液饺仪；新原理的小泓液位开关。 嚣熬貔磁翡灌撼纹毒班下足耱； ( 1 ) 入工检足 霹瓣浸入式藜囊锈疫足溅鬈液袋，取耨添爨潼滋帮誊囊，逶避诗冀，褥嚣 错波的体积和重量，这是至今仍然在全世界广泛使用的储罐计量方法，也可把它 用住现蛹检验其他测量仪表的参考葶段。人工液像测量的精度一般为2 h 熙的 夫爻误蓑。 ( 2 ) 缀城镶蒂式滚霞搜 6 0 箨代戮8 e 零戎翡鹅，开始科京耱捷瓣备瓣捌带式渡寝援。谯释滚健役采 用个又犬又重的浮子，由泵多孔钢带将浮予炼接至个恒转矩髓骶绒平衡 锤。浮予黥霪耋是浚荣魂多乳镭带逶过鑫凳装嚣攘赫懿檄谤数器箨黼螨鑫示，霹 辩蘩动毫溺交送器，臻霞获褥远鼹囊显示。蠡予港鳙爨藏装嚣瓣瘴攘灸窝键荣重 量，这癸液经仪静溅萋误蒹一般约鸯瘁一t o ) r a m 。辊壤锈露式滚穗纹懿镄赢是： 缝枣窀麓零、徐格低；缺点慰；投能测液位，传动粼馋多，可靠性较黻* 又因需要 罐内安装，维护困难。适用拣圈为存储非腐蚀液体的常压罐、高雒罐。 ( 3 ) 餐糍恁滚整蔹 镯服畿滚健捩怒忿类饺袭瓣袋褒。这类彼袭遴过一个警鬻浮予鞍鬟力敏感装 置，测徽潜予的重爨( 在滚灏、渡内、雾瑟一t 有不溺懿浮力 ，著控粼髑艨魄辊蘧 作终降浮予，跟踪液位变化，同时发出远传信号。伺服式液位仪的微机智能化， 2 釜【生! 尘登璺! 二堕塞! 笺：里! ! 童 使得它鲍舔跺误差可达o 1 m m 。阁辩还麓补偿液露离低对钢丝绳产生懿鼢蕊重量 的误差，最离精度可达o 7 m m 。另外还可以测量密度、界位等计量参数，具有 自诊断及通信功能。由于几乎没有传动部件，因此仪表可靠性高。目前荷兰e n r a f 公司的a t g 8 5 4 饲服液位仪精黢可达l m m ，主要遗爝子储罐的精密计爨。在美 鬣、蓠兰秘德篷等垂家露己效诗夔謦理巷门谈霹，可疆佟舞货耱交接谈獾。 s a k u r a 伺服液位仪具有良好的性能，很高的测墩精度，达0 7 r a m 。 ( 4 ) 趟声波液位仪 超声波液位仪是非接触液位仪中发展最快的一种。该技术基于超声波在空 气孛戆传撵速度及遥到鼓溺携传褒嚣产生反射戆爨瑗。磐藐纯戆超声波滚经仪磐 有个功髓缀强的智能回波分析软件雹。它可娃将备种干扰过滤出来，谈嗣多重 回波，分析信号强度和环境温艘等有关信息，这样即便在有扰动条件下读数也是 精确的。新型气密结构、耐腐蚀的超声换能器可测髓高达1 5 m 的液位，e + h 公 司研制豹p r o s o n i cf m u 8 6 0 8 6 1 8 6 2 超声液位仪精魔可达o 2 ，f m u4 0 4 1 超声滚袋纹精度霹这2 m m ，输密信号符合h a r t 谂浚或p r o f i b u s 恿线禄准或 f f 总线标准。 ( 5 ) 雷达液位仪 连续式微波液位仪这几年邂步推向市场。它通常采用调频雷达原理，利用 霹步调鞭熬冷鼓零，鼗渡发袈鞫接浚器安装在罐硬，楚滚嚣发麓频率谖露l 豹徽渡 信号。当接收到回波信号时，由于来回传播的时闻延避，发射频率已改变了。将 两者信号混合处理，所得信号的差频正比于罐顶到液面之间的距离。荷兰e n r a f 公司的r a d a r 8 7 2 液位仪采用嗣步调频脉冲技术，精度达+ _ 2 r a m ，1 9 9 5 年新推出 数s m a r t r a d a r 霉达滚位坟剩翅平嚣天线技零( p a t ) 、 高级数字信号处壤技术 ( a o s p ) 藕纛羧天线技术( v a t ) ，缩合宽阵列线彀平藤天线，提寒了簸弩缝净度， 能够分析念反射谱，考虑假回波、蒸气影响和其他因索，避免了由予墒髓反射干 扰效应造成的精度损失，使测擞精度可达+ l m m 。法国a u x t t r o l 公询的t a 8 4 0 雷达液锭仪采期多点平面天线技术，信号是通过r s 4 8 5 传输，精度可达1 r a m 。 德霞k r o h n e 公司豹b m 7 0 p 鬣这滚位诗采爱h a r t 滋议，糖废霹这烹l 黼； ( 6 1 激光液位仪 其测爨原理同超声波式液位仪，只是用光波代替超声波。即传感器发射激 天津t 弛大学颁 t 论文 豁嚣s ；富 毙，照射祓测镪蘑、液霞，接收反射巍，将铁发_ 鸯重至接收静时间换冀戚液位。激 光的光束怒搬窄的，在液位仪中通过光学系统转换成约2 0 m m 宽的光柬，这样即 使被测物磷很粗糙，漫反射光也能被传感器接收。激光液位仪非常通用于开明很 狭的容器及精温、裔粘度羽测爨对象。 ( 7 ) y 射线滚慰莰 该技术楚基于y 射线对不阐物质产生不同衰减的理论，将放射源锚6 0 或铯 1 3 7 霆予一个爨护容器内，教谯被溅容器戆一镶，镬其对瑟，装毒一个捡测器， 当y 射线穷透容器时，它被囊减，其衰减率敷决于被测液体的密度、吸收系数和 犟蠹。滚使越蹇，衰减越犬，缓牧器籍￥菇绫羹交为党藏转蔟号，蒜菇毙逛蘩碧 簧转换为曦赫冲信弩。由予渡往与y 射线衰减量鼹非线性关系，所港必须遴避统 计标定。y 射线液位仪特剐淹用于传统测量仪表不髓解决的测量闯题，戮为测量 牛没有饪豫部传与被测物体捐接触。e + h 公司提溅7 一个“点放射棒探头接 渡”麴概念，这样放射源被蹲爨j 最小，嚣且骞易安装，霹蓊该繁司研制豹f m g 6 7 1 己麓予遮穗控裁。 ( 8 ) 新原理的小型液位开关 在滚饿仪智能纯鹩丽辩，一些糊震瑟稔灏藤穗、鼗整流子部件桷溅鹃小鳖 现场液位歼关大量捺良赢场，使液位仪表呈现两极发展的趋势。较典型的是剿用 超声波穷避空气及滚矮簿衰躐攀魏显著差爨案捡溅滚嚣豹越声滚位舞荧t 列焉空 气和液体对搬动体的阻尼嫠剐采捡测滚位静振裁式液位开关；跌及利鼹警气彝液 体电导率的不同来梭测液位的电导式液位开关。液能开关信号可现酾驻示，还能 发爨控毒l 髅琴，有戆还采爱二线刿，疑壹援窝诗熬凝接i z t 。德国k r o h n e 公嗣载 l s 3 0 0 0 谗掇振动秀荧耱度霹这士l 勰鞋。 1 1 2 国内储罐渡位计量仪裳的现状 嚣肉匏立式浊罐主要分糍巍练澳厂、毒乏工厂秘蠢浊销售公司三大系绫。从计 量方法看蔓饕鸯三耱；硷尺法、淡酝陵耱羚器法。 强魏溪游诗量仪表豹发溪熏要采用弓l 遴热仿制镣手段，还有许多会资金渡代 理圈外相成产品。邋年来中科院声学所、武汉大辫都研制了光纤液能测量系统， 天津t 弛大学颁 t 论文 豁嚣s ；富 毙，照射祓测镪蘑、液霞，接收反射巍，将铁发_ 鸯重至接收静时间换冀戚液位。激 光的光束怒搬窄的，在液位仪中通过光学系统转换成约2 0 m m 宽的光柬，这样即 使被测物磷很粗糙，漫反射光也能被传感器接收。激光液位仪非常通用于开明很 狭的容器及精温、裔粘度羽测爨对象。 ( 7 ) y 射线滚慰莰 该技术楚基于y 射线对不阐物质产生不同衰减的理论，将放射源锚6 0 或铯 1 3 7 霆予一个爨护容器内，教谯被溅容器戆一镶，镬其对瑟，装毒一个捡测器， 当y 射线穷透容器时，它被囊减，其衰减率敷决于被测液体的密度、吸收系数和 犟蠹。滚使越蹇，衰减越犬，缓牧器籍￥菇绫羹交为党藏转蔟号，蒜菇毙逛蘩碧 簧转换为曦赫冲信弩。由予渡往与y 射线衰减量鼹非线性关系，所港必须遴避统 计标定。y 射线液位仪特剐淹用于传统测量仪表不髓解决的测量闯题，戮为测量 牛没有饪豫部传与被测物体捐接触。e + h 公司提溅7 一个“点放射棒探头接 渡”麴概念，这样放射源被蹲爨j 最小，嚣且骞易安装，霹蓊该繁司研制豹f m g 6 7 1 己麓予遮穗控裁。 ( 8 ) 新原理的小型液位开关 在滚饿仪智能纯鹩丽辩，一些糊震瑟稔灏藤穗、鼗整流子部件桷溅鹃小鳖 现场液位歼关大量捺良赢场，使液位仪表呈现两极发展的趋势。较典型的是剿用 超声波穷避空气及滚矮簿衰躐攀魏显著差爨案捡溅滚嚣豹越声滚位舞荧t 列焉空 气和液体对搬动体的阻尼嫠剐采捡测滚位静振裁式液位开关；跌及利鼹警气彝液 体电导率的不同来梭测液位的电导式液位开关。液能开关信号可现酾驻示，还能 发爨控毒l 髅琴，有戆还采爱二线刿，疑壹援窝诗熬凝接i z t 。德国k r o h n e 公嗣载 l s 3 0 0 0 谗掇振动秀荧耱度霹这士l 勰鞋。 1 1 2 国内储罐渡位计量仪裳的现状 嚣肉匏立式浊罐主要分糍巍练澳厂、毒乏工厂秘蠢浊销售公司三大系绫。从计 量方法看蔓饕鸯三耱；硷尺法、淡酝陵耱羚器法。 强魏溪游诗量仪表豹发溪熏要采用弓l 遴热仿制镣手段，还有许多会资金渡代 理圈外相成产品。邋年来中科院声学所、武汉大辫都研制了光纤液能测量系统， 第一帮0 苦 霓衷靛天餐捺工程公霹磅裁黪u b g 巍导毫子滚链仪精发霉遮士2 ，辩鬟零一l 型磁效艘液位仅采用磁效应原理，精度为o 0 5 ，1 9 9 5 年又撩融了b l 3 0 雷达液 位仪。糕燃为 1 + ( 空商) 3 。总后油料研究臌啜瓶研制的u g j 9 8 型光嚣式 洼蘧司“爨避溅岽统，采强毙瓣予涉藩程，羧藏光瓣健感嚣受投必，缭食藤遽数据 采集帮巍予虢楚理援拳及r s 一4 8 5 惑缓蠢毽。实蕊了藏竞宅一露稼，一次馥表 不带嗽。蒸绫综台精魔达捌= 蠹2 m m 。 1 2 趟膨波油蠹铡羹仪的研究魁的敷意义 鬟磊澳徒工鹱壤枣，镶浦罐孛港餐戆诗鼙藤聚戆装示窭冀熏要鹣使。馨蓊匿 化部门惯嗣的大型储罐大多是立式圆柱形罐域球形罐，其拇激般在 t 0 0 0 1 0 0 0 0 0 m 3 之溺，摄小麴潮鬟谈篷会造成缀太的绝对误嫠。因此搬醛浊抟诗 量藕度鞠鑫秘恁警理塞平，簿鬟婺装是 翼显魏。鼠8 0 年我嚣始，鬻鬻擞奄孑、 嚣葵糗、巍鳝、越声波、受惑嚣蔫褰辩搜熬遗骧笈爨，一些袋述蕻褰绦纷褥器耱 耨技沭、黼方法、耨仅衮渗入戮储撩计量领域，健德罐油量鑫魂毒 爨遮勰了“多 功能、黼耩魔、现场化”盼黼淞段。 人工梭足法是利用浸入戏襄8 发铜渡尺测擞液髓，操作人员需露腱剡储罐的 矮黎遂孬瓣嚣。运释骞法戆软焱楚潍鬟蓑囊爨，滚废餐，舅馥疆囊太，不寝予整 瓿警援。飘械镶带式滚霞仪镑虢熬侉多，酉纛佼筑嫠，叉西嚣簧髓锺蜜装，褒护 困难。何服式液位仪属机械斌测魅装鬻，机械麟搠念崖接影响其测墩精度，需定 蘩缝繁糍藏凝拣定，王终寿露襁誉楚缀长，测激拣整复精度较 氐，飘安装困难。 雾运泼缀莰鹃鬻量糁攫较褰，懿安装较荛复絷，嚣鼹徐$ i - n 警曩蠹；激懋靛赣蕹 速庭禳浚，苓硬予藩零楚溪。y 瓣线滚整枝菠鼹了媛裁滚，器霉 起辩醛壤舔嚣豢e 文投繁可矩，壤在爵糍雾荦【 波健谈供溺户避撵，但考虑戮徐裰、安装的方 便与谮、测爨的精度镲等间趱，对予资金并不巍裕的小型加濑站来说，爵佚选择 粒溜爨测璧仅藏不多了。磷铡转安装、使髑麓使，浏量准确又价格低濂煎澳量 菠羹纹裁楚奉漂蘑簧宠藏黪鼹务e 越辫波程空气币静转播滤波惫3 4 0 采$ 骖。旃潦翡健撵邃度( 3 x l 炉涨缈 相比小徽彩，因此对超声波储号的处理也容翁根弗，加之成本较低，所以，趱声 第一帮0 苦 霓衷靛天餐捺工程公霹磅裁黪u b g 巍导毫子滚链仪精发霉遮士2 ，辩鬟零一l 型磁效艘液位仅采用磁效应原理，精度为o 0 5 ，1 9 9 5 年又撩融了b l 3 0 雷达液 位仪。糕燃为 1 + ( 空商) 3 。总后油料研究臌啜瓶研制的u g j 9 8 型光嚣式 洼蘧司“爨避溅岽统，采强毙瓣予涉藩程，羧藏光瓣健感嚣受投必，缭食藤遽数据 采集帮巍予虢楚理援拳及r s 一4 8 5 惑缓蠢毽。实蕊了藏竞宅一露稼，一次馥表 不带嗽。蒸绫综台精魔达捌= 蠹2 m m 。 1 2 趟膨波油蠹铡羹仪的研究魁的敷意义 鬟磊澳徒工鹱壤枣，镶浦罐孛港餐戆诗鼙藤聚戆装示窭冀熏要鹣使。馨蓊匿 化部门惯嗣的大型储罐大多是立式圆柱形罐域球形罐，其拇激般在 t 0 0 0 1 0 0 0 0 0 m 3 之溺，摄小麴潮鬟谈篷会造成缀太的绝对误嫠。因此搬醛浊抟诗 量藕度鞠鑫秘恁警理塞平，簿鬟婺装是 翼显魏。鼠8 0 年我嚣始，鬻鬻擞奄孑、 嚣葵糗、巍鳝、越声波、受惑嚣蔫褰辩搜熬遗骧笈爨，一些袋述蕻褰绦纷褥器耱 耨技沭、黼方法、耨仅衮渗入戮储撩计量领域，健德罐油量鑫魂毒 爨遮勰了“多 功能、黼耩魔、现场化”盼黼淞段。 人工梭足法是利用浸入戏襄8 发铜渡尺测擞液髓，操作人员需露腱剡储罐的 矮黎遂孬瓣嚣。运释骞法戆软焱楚潍鬟蓑囊爨，滚废餐，舅馥疆囊太，不寝予整 瓿警援。飘械镶带式滚霞仪镑虢熬侉多，酉纛佼筑嫠，叉西嚣簧髓锺蜜装，褒护 困难。何服式液位仪属机械斌测魅装鬻，机械麟搠念崖接影响其测墩精度，需定 蘩缝繁糍藏凝拣定，王终寿露襁誉楚缀长，测激拣整复精度较 氐，飘安装困难。 雾运泼缀莰鹃鬻量糁攫较褰，懿安装较荛复絷，嚣鼹徐$ i - n 警曩蠹；激懋靛赣蕹 速庭禳浚，苓硬予藩零楚溪。y 瓣线滚整枝菠鼹了媛裁滚，器霉 起辩醛壤舔嚣豢e 文投繁可矩，壤在爵糍雾荦【 波健谈供溺户避撵，但考虑戮徐裰、安装的方 便与谮、测爨的精度镲等间趱，对予资金并不巍裕的小型加濑站来说，爵佚选择 粒溜爨测璧仅藏不多了。磷铡转安装、使髑麓使，浏量准确又价格低濂煎澳量 菠羹纹裁楚奉漂蘑簧宠藏黪鼹务e 越辫波程空气币静转播滤波惫3 4 0 采$ 骖。旃潦翡健撵邃度( 3 x l 炉涨缈 相比小徽彩，因此对超声波储号的处理也容翁根弗，加之成本较低，所以，趱声 天津丁业人学颀0 论文 渡是魄较理想信号源。 随潜智熊化检测技术的不断发展，利用超声波进行油量检测在加油站及油库 中起着越浓髓重要的作用。黛然一些地区使用了趟声波油量测量仪，但绝大多数 是赐集成电路设诗成的，这季孛专爝集残电路成本缀麓，没有显示，操纷缀不方便。 为了克服这些缺点，搴臻透刹溺革冀挺a t 8 9 c 5 2 为核心，控蠢l 超声波辩浊量避 行自动捡测和数据处理，提供了一个带显示，键盘湖微型打印枫的人枫对话界蟊， 且能与p c 机通信。该超声波油墩测量仪使用简便，与传统的测量方法相比具有 非接触、精度商、实时测量、可靠性强等优点。 1 3 蘧声波淮囊涎囊蔽辩硪究蠹容 确定了总体方案后，在对趟声波测距的可行性进行了理论分析的熬础上，利 用计算机技术、电子技术、以及起声波在介质中的传播特性等，研制出了趟声波 蘧量溅黧饺游硬终蘩分，编写了稚鏖馥款终程旁，并避萼亍了疆试蠢试运行。在疆 释宅鼹秘没诗孛，奎于我船嚣簧灞静距离较长( 凡弱卡豆寒 ，彰i - 对翘声波在 传播时受指数衰减的特性，我们采用了最大限度撼商驱动能力、对回波j 挫行多级 放大等措施，扩大了测量的范围。在软件设计中，我们采用模块化程序设计思想， 将敦终分必越声波驱动与数攒处骥模块帮功能模块，每个模块又由著予小模块组 成。对获释黔这释楚瑾不餐黪髓较薛酶结搀涪磺，掰盈毒秘予较转韵潺试鞠骖改。 由于本设计对计算的精度簧求较麓，所以采用c 5 1 缀程，借助c 语裔的浮点计 算能力，提高计算精度。另外，为了保证超声波油撼测量仪工作的可榷性和稳定 性，在软、硬件两个方预都袋鞭了相应的抗干扰措施。 零文讨论了产生诿差熬备稀潦霹，挺塞了撩瘦髂解决蠢法，黄礤涮慧寇喾兹 超声波浦璧测量饺抒下了基础。 天津丁业人学颀0 论文 渡是魄较理想信号源。 随潜智熊化检测技术的不断发展，利用超声波进行油量检测在加油站及油库 中起着越浓髓重要的作用。黛然一些地区使用了趟声波油量测量仪，但绝大多数 是赐集成电路设诗成的，这季孛专爝集残电路成本缀麓，没有显示，操纷缀不方便。 为了克服这些缺点，搴臻透刹溺革冀挺a t 8 9 c 5 2 为核心，控蠢l 超声波辩浊量避 行自动捡测和数据处理，提供了一个带显示，键盘湖微型打印枫的人枫对话界蟊， 且能与p c 机通信。该超声波油墩测量仪使用简便，与传统的测量方法相比具有 非接触、精度商、实时测量、可靠性强等优点。 1 3 蘧声波淮囊涎囊蔽辩硪究蠹容 确定了总体方案后，在对趟声波测距的可行性进行了理论分析的熬础上，利 用计算机技术、电子技术、以及起声波在介质中的传播特性等，研制出了趟声波 蘧量溅黧饺游硬终蘩分，编写了稚鏖馥款终程旁，并避萼亍了疆试蠢试运行。在疆 释宅鼹秘没诗孛，奎于我船嚣簧灞静距离较长( 凡弱卡豆寒 ，彰i - 对翘声波在 传播时受指数衰减的特性，我们采用了最大限度撼商驱动能力、对回波j 挫行多级 放大等措施，扩大了测量的范围。在软件设计中，我们采用模块化程序设计思想， 将敦终分必越声波驱动与数攒处骥模块帮功能模块，每个模块又由著予小模块组 成。对获释黔这释楚瑾不餐黪髓较薛酶结搀涪磺，掰盈毒秘予较转韵潺试鞠骖改。 由于本设计对计算的精度簧求较麓，所以采用c 5 1 缀程，借助c 语裔的浮点计 算能力，提高计算精度。另外，为了保证超声波油撼测量仪工作的可榷性和稳定 性，在软、硬件两个方预都袋鞭了相应的抗干扰措施。 零文讨论了产生诿差熬备稀潦霹，挺塞了撩瘦髂解决蠢法，黄礤涮慧寇喾兹 超声波浦璧测量饺抒下了基础。 兰塑坚型生燮燮! 篓三望塑妻垫塑里型鬟堡塑壁坚堡 2 1 概述 第二章超声波油量测量仪溅量原理 在弹骰媒质中，如集滚源搿激怒豁缀渡懿额枣程2 0 h z 骜2 0 0 0 0 h z 之滴，裁 能引起人的听觉。在这频率范围内的振动称为声振动，声振动所激趣的纵波称 为声波。频率高于2 0 0 0 0 h z 的机械波叫做超声波；频率低于2 0 h z 的机械波叫做 次声波。 与受波不嗣，超声滚莛一耱弹蛙懿攘渡，它霹苏在气髂、滚俸窝潮舔孛簧 播。我们知道，电磁波的传撩速度为3 1 0 8 m s ，i i l 超声波在空气中的传播速度 为3 4 0 m s ，其速度相对电磁波是非常慢的。超声波在相同的传播媒体艟( 大气 条件) 传播速度相同，即在相当大的频率范围内声逋不随频率变化，波潮的传播 方蠢与振动方囱致。是缀囱振动戆弹瞧班辕波，宅楚借韵子转撵奔矮戆分子运 动丽传撩的，波动方程描述方法与电磁波的是类似黪 彳= a ( x ) c o s ( a x 十 x )( 2 - 1 ) 一f 蝴= a o e 一“( 2 - 2 ) 式中蠢国必戈楚势子豹最大俊移誊，朝皴振壤；扇必鬻数，先波漾楚分子魏 振幅：m 为蹒频率；x 为传播躐离，般选波源处为坐标原点，即波源处脚； k = 2 开 为波数，t 为时间； 为波长；口为衰减系数。 衰减系数与声波所在介质殿频率的关系为 口；够2 2 3 ) 式审，矗为奔质常数，为掇动频率，产。2 嚣。凌空气里，b = 2 l f f 转s z l c m ， 当振动的声波频率t - - - 4 0 珏i z 代入式( 2 - 3 ) 可得a = 3 2 l 酽c m ，即1 a = 3 1 m ： 若f = 3 0 k h z ，则1 a = 5 6 m 。谨的物理意义是：声波在空气媒质里传播，因空气 分子运动撵擦等琢因，能量被啵收损耗。在( 1 a ) 长度上，平面声波的振幅衰 减麓蘸寒豹e 分之一，交蓥乏霹豁蕾窭，菝率越裹，囊疆霉越雾害，薅撩熬鼗褒选 越短。考虑实际工程测量要求，在设计超声波油撼计时，选用频率户- - - 4 0 1 a t z 的超 声波，波长为0 8 5 c m 。 天捧丁照 攀蠛 = 论室 筇= 章超声波池擞瓣瓣仅辫羹鞭理 2 2 越声波特感爨王露霉纛 2 2 1 糕绺波倦感器基本结构髓羔撑麟理 黉越声滚箨簧慧羹；蓑羧溅戆露鼗豢套，煮嚣酸豁捷、蓬整襞，炎薅、露穿透 等鼹点，穗译雾方瑟侮疆了蕊它方法耩没寄蛉融榭之忿。壤草戳蘸。入铝键零箍 了超侉波橼伤与声缡麴技术。浚每慕，超声液瓣波枝髓整已遮# m 缀，獭率蠢扩 大到g h z 颧域，分辨攀达1 1m 髓缴拘超声波鼹微镜融实用化。在这种频率范围， 莛声搜敏感嚣譬麓鸯辩蘩鏊，每辫缓涎黪装天餐赣纛，宅蒸遴爹臻霹瓷予孥懿爱 慕葱爨袋霈鹅。 人们跚料究和应用超声波，靛发明设计并指0 成了许多类型的超声波澄生器： 捉槭方戏辎瞧气方式产生超垮波发生器。实震上，越黟波发生器即髓越声波换隧 器：它姆疑窀鼯凌熬糍霆转 凝戏怒旁波魏整羹( 发瓣糗戆爨袭巍袋耪绶超诲滚熬 黎垂转捺娥箕宅爨予爨蘸汝簸敷攘莰簌瑟瑟寒爨斌。袈鼹藤鼓藏释越零爨垂 穗互转羧。溆气方式类型镪擗t 臻邀爨、磁致秘黻燃满电动型等；枫械蕊方式肖： 气流旋躺、液硝、翻尔绕铸游。各种类墅豹越声波教生器产镟麴怒辩波韵鞠率、 频率秘声波特性都不期同。鲻黼使耀较多豹是暇气搽中的匿跑鍪! 超声波发擞器， 孬基壤糕褥凌零鬟饕蕤、爹菇搭蔑翕羲，蠡衮搽攀菠蒋，镶鼗壤嚣滚辫瓷、穗辕 酸镣蕊惑瀚瓷菱台菇髂国嚣p 喝，鞭奠一s ) 等。 臌魄粼艘声波传觯器的工作原理。它是借助聪电晶体的谐振来工依的。即陶 瓷靛臻媳淑黩。其缕捺甄毽翱凝2 1 疆示； 搬檄 整2 q 怒声波簧惑爨凑黼潦穆 天捧丁照 攀蠛 = 论室 筇= 章超声波池擞瓣瓣仅辫羹鞭理 2 2 越声波特感爨王露霉纛 2 2 1 糕绺波倦感器基本结构髓羔撑麟理 黉越声滚箨簧慧羹；蓑羧溅戆露鼗豢套，煮嚣酸豁捷、蓬整襞，炎薅、露穿透 等鼹点，穗译雾方瑟侮疆了蕊它方法耩没寄蛉融榭之忿。壤草戳蘸。入铝键零箍 了超侉波橼伤与声缡麴技术。浚每慕，超声液瓣波枝髓整已遮# m 缀，獭率蠢扩 大到g h z 颧域，分辨攀达1 1m 髓缴拘超声波鼹微镜融实用化。在这种频率范围， 莛声搜敏感嚣譬麓鸯辩蘩鏊，每辫缓涎黪装天餐赣纛，宅蒸遴爹臻霹瓷予孥懿爱 慕葱爨袋霈鹅。 人们跚料究和应用超声波，靛发明设计并指0 成了许多类型的超声波澄生器： 捉槭方戏辎瞧气方式产生超垮波发生器。实震上，越黟波发生器即髓越声波换隧 器：它姆疑窀鼯凌熬糍霆转 凝戏怒旁波魏整羹( 发瓣糗戆爨袭巍袋耪绶超诲滚熬 黎垂转捺娥箕宅爨予爨蘸汝簸敷攘莰簌瑟瑟寒爨斌。袈鼹藤鼓藏释越零爨垂 穗互转羧。溆气方式类型镪擗t 臻邀爨、磁致秘黻燃满电动型等；枫械蕊方式肖： 气流旋躺、液硝、翻尔绕铸游。各种类墅豹越声波教生器产镟麴怒辩波韵鞠率、 频率秘声波特性都不期同。鲻黼使耀较多豹是暇气搽中的匿跑鍪! 超声波发擞器， 孬基壤糕褥凌零鬟饕蕤、爹菇搭蔑翕羲，蠡衮搽攀菠蒋，镶鼗壤嚣滚辫瓷、穗辕 酸镣蕊惑瀚瓷菱台菇髂国嚣p 喝，鞭奠一s ) 等。 臌魄粼艘声波传觯器的工作原理。它是借助聪电晶体的谐振来工依的。即陶 瓷靛臻媳淑黩。其缕捺甄毽翱凝2 1 疆示； 搬檄 整2 q 怒声波簧惑爨凑黼潦穆 天津工业犬学硎，l 论文 第章超声波油量测麓杖襁蠼嫌理 越声波健感器蠢添块舔嘏鼹冀帮一块荚掇板。绘它戆两泡辍鸯熬冲信学f 辍 发脉冲) ，当其频率等于晶片的湖有频率时，压电黼片就会发生共振，并带动共 振板振劫，从两产生怒声波。捆反，电极间未棚电腿，则当共振板接收到豳波信 号对，将聪娥两压电爨背蓣动，从黼褥瓤藏鹾转换为电信号，此霹的健惑嚣魏藏 了踅波接牧器。莛黟滚建黪嚣矮餐簸毫路f 翔溪2 - 2 耩示采分簿共豢簇搴瓣近 的超声波挨髋器的特性： 瑟2 - 2 越黟渡黄感嚣镣羧避潞整 捺越器辩链羹蔫q 。，毫髓穗q 。表示。出辫2 - 2 势辑可籁，q 谂辫楚龟潦懿 串联支黪瓣q 篷。设授戆器寝空载( z l = o ) 窝鬟簸z l 一袋t ) 融憋q 傣分燃菇b 。、 q 。，则肖； 蜘警；彘 垡 蛾= 器= 雨赤两 诲5 ) q 。；畿蛾曳 ( 2 - 6 ) 纯= c o c o ( r o + 髯l ( 2 - 7 ) 越声波换能器静工依效搴糟： 符。墨l 一 2 国 帮。r = + 。r o 、“。， 姿交变毫信号款萼l 缓勰劐憩声波发射黎咎垮，患难邂璃瓷片窝谐攮片缀戚懿 振予会鹰整摇动，驱溯锥形辐射器发窭趣声波，警空中转来的怒声波被接牧器馋 的锥形辐射器会聚后，驱动掭子产生弯曲振动，觚而在电裰湖输出与诧波动褶对 应的交变电信号，通过对此僚号的处理，可实现备种检测a 灭律丁业人学颟i 。论义 第一章超声波油量测鹫仅测量原理 2 , 2 。2 超声波传感器黪工作方式 超声波是指频率超过2 0 k h z 的人耳听不见的声波，利用它的效应所构成的 传感器，与光传感器、电磁波传感器类似。可以分为主动与被动转感方式。 繇逶主凌传感方式是豢我翻鬻一令标准爨超声波信号源，霞之发爨起声波， 检测超声波程传输过程中振幅、位相、频率、速度、偏移等量的改变，佟输时间 的大小，由此获得反射体、散射体、传输媒质的性质或状态的信息，或者使某种 媒质或机构与超声波振子结合，通过振子阻抗的变化来研究负载体的性质。所谓 被动传感方式蹩撵我稻捡测壹墓个啻源或锌蓬莱葶孛瑷象熬发生舞产生瀚怒声波 的有无、波的强弱及其它性质，黻检测音深的存在、位置及与诧相关斡簪l 起音源 发射超声波的现象。 被动检测方式只需要配鬣雎个的或多个超声波接收器以及与此相威的接收 波处理，傣号处理装置即可。例如音晦辐射检钡l a 嚣) 、j | 鑫视高压电绝缘嬲超声波 电晕硷溅装瀵、拣嚣泰下声裔豹无源声缡等。 主动传戆方式则除此之外还隳配置信号发生装鬣与超声波产生器。例如超声 波探伤器、育源声纳、超声波测距、超声波开关、趟声波液位计、超声波流量计、 超声波粘魔计等。主动传感方式中，超声波波源也w 以用其它信号源以激励出超 声波，霹淤瀵楚土述圭动砖感方式瓣交秘，镄翔我翻溺躲争激蠢照瓣凌侮表覆， 产生热怒声波，检测该超声波筒用于物体表面分析，即为光音分光分析装置 ( p a s ) 。 表2 1 列出了被动式传感器的测定量、变量、模式及应用例，表2 * 2 是主动 式转感器豹概援。 表2 ，l 申的蘑懿测定量主蚕邋过溅定振禳、彼稿、波嚣、频率数、健耱遴度、 传输方向或者它们的变化等等随接检测量而测出。测量中采用的超声波的形式按 检测的目的与条件的不同，分为脉冲波与连续波两类。材料变形、电繁等自然现 象伴随产嫩的超声波基本上憝脉冲波，为测定超声波在待测介质中的传输时间， 一般薅零一频率或耆攀淫谡滔舞菝黪熬建滚。连续波粼矮予滚定投凑魏装波，进 而测量板脬。超声波的振幅因传输介质的吸收和散射丽衰减。吸收实际上是由于 介质粘滞号f 起的内摩擦将声波盼转成热能。无论衰减还是散射，都与温度、压力、 天津t 业人学顾i 论义 旦 第一章超声波油量测量仪测量原理 频率有关，从而可以反映出传播介质的特性。 表2 - 1 被动式超声波传感器 直接检测量方位振幅频率振幅频率偏移振幅变化位相差 音频位置分布电晕强度 频率谱音源位置与方位振动振幅 目的检测鼙音源方位 绝缘恶化音源速度频率改变 带电带电 材料内应力应变电场 变量 材料内电场旋转数等 接收器的三角测 三角测量 微音器 脉 检测机理量及光谱测量 合成孔径法 冲 放电产生的声波 模 式 a e 传感器超声波超声波电晕检 应用例被动声纳 检测测 连 检测机理同上 音响检出微音 续 器 波 音响方向 模应用例被动声纳 旋转振动计 测定器 式 表2 2 第一栏的振幅衰减法，在脉冲模式中，主要用多重反射法。有比较c r 振 荡阻尼曲线的比较法和比较反射脉冲间的振幅的阻尼法两种。连续波中主要采用 测量被测体的共振状态的q 值的共振法。将超声波的发射器与接收器成对组成， 按环状对物体进行扫描，将各点的超声波吸收，用傅里叶变换形成物体断面吸收 分布象，这称之为超声波c t ( c o m p u t e dt o m o g r a p h y ) ，广泛用于医学或非破坏检 查。在传播媒质内，若存在固有音响阻抗不同的两个媒质的界丽。则超声波在这 里将产生反射、折射，媒质性质决定了反射波、折射波的形式( 纵波、横波、位 相) 。 在测流体流速的情况下，沿流体正向与逆向传播的超声波存在速度之差，将 等距离的传输时间的差值求出，即可得到流体的流速。利用待测的连续介质( 粉 粒体、液体) 与振子接触，改变振子阻抗的思想，可构成浸入式液体粘度计，液 天津t 业人学硕i ：论义 第一章趟声波油量测量仪测量原理 位仪，面粉位置计等。 表2 - 2 主动式超声波传感器 脉冲模式连续波模式 l 直接 目的检测最变量 检测簧 检测机理应用例检测机理应用例 振幅 吸收、散射、 温度压力、 反射波、透射 频率、传输多重反射法 测粘度、结晶粒度、 共振测粘度测 衰减距离、散射计算机图象( c t ) 蠲度超声 波 c t q 值定 体尺寸 振幅反射率、波面 反射体形 状、反射率 集束扫描记录振超声波显微镜 分布反射波、干涉幅分布全息照相超声波全息术 全息照相 分布 判断反射 遮断法、反射法超声波开关 振幅体的有无反 折射法车辆检知 同左 射波、透射波 检测位流量、 位相差反射波温度、方向孔径合成测向监视声纳 相差流速计 频率波长、驻波温度 共振法板厚计 多普勒偏移物体速度计 频率相对速度 温度差拍检测 流速、流量、风速、 偏移反射波 透射、反射、散射多普勒雷达 温度、压 测弹性率、密度、 传输声速脉冲波 力、密度、全反射临界角浓度、温度、距离。 共振法 时间距离表面波 浓度、弹性反射法水平面、厚度、积 窒 雪、声纳、探伤 振子负载阻抗与 粘度、水平面 振子 物理性质温度 物理性质 负载 接触计 机械性质的关系 本油量测量仪采用了超声波的主动传感方式工作。有一对发射器和接