《液位测量技术发展及现状国内外文献综述》5100字

液位测量技术发展及现状国内外文献综述目录TOC\o"1-2"\h\u13479液位测量技术发展及现状国内外文献综述 125372[1-3] 129542 2220731.2.1直接接触型测量方法[4-6] 2324101.2.2非直接接触型测量方法 3120601.3电容式液位检测技术的发展[1] 43096参考文献 5[1-3]实时液位测量专业技术的初步发展时期，按照机械设备理论，通常是直视法与浮力法，显示直接，可以实现液位警示的功能，例如最开始的浮漂式液位测量传感器。但是，伴随着电子信息专业技术的快速发展进步，常规的实时液位测量专业技术逐渐完成了机械与电气相结合的转变，利用液体的个别物理特征属性，例如介电常量、电导比例等，衍生出许多全新的测试模式，例如可变电容式、光导纤维式等。相比而言，国外的实时液位测量专业技术要比国内的发展早很多，切分析研究深入、全面。很多企业研发出多种不同的使用性能、智能化、综合水平高、准确度高的实时液位测量设备及专业技术，同时正逐步开始向高精度、智能化、提高适应恶劣环境的能力方面转变。例如美国DREXELBROOK企业研发的UniversallⅡTM实时液位变送控制器设备（应用电容式射频导纳理论，其准确度可以达到1.0‰，标准量程可以达到15m，自动输出参考标准的4-20mA工作电流数据信号，设立最高上限位、最低下限位自动报警，并且兼容支持人工智能通信服务协议—HART、Honeywell等）。美国Milltronics企业应用非直接接触型超声波测量确定技术，研发出超声波式实时液位检测传感器，不仅能够精确测量实时液位，而且可以计算液位差，30cm到14m作用范围的任何液位改变都能监督控制；Magmetrol国际公司同样采用非接触式超声波测量，研制出Echtel-FⅡ型超声波液位计。美国在实时液位传感器方面一直处于领先地位，和日本、加拿大等企业研发的实时液位测试产品,在全球交易市场上占据有巨大的份额。为了解决国内实时液位测量技术与国外相比存在的起步晚、发展慢、自动化程度低等问题，一方面引入外国比较先进、准确度高的测量标定专业技术，但是成本费用比较大；与此同时，也在已有综合水平上展开专业技术改善，提升国内相关实时液位测试的准确度。最近几年以来得益于经济的稳定发展进步，中国的科研技术综合水平持续提升，实时液位检测技术也有了长足的进步。多年的科学技术发展，各国家都应用了大量的方法和传感器设备来实现对实时液位的测量，对于已广泛使用的现有液位检测设备，其涉及到的专业技术及原理分类已有十余种。目前直视法已不常使用，广泛使用的实时液位测量方法，根据探测头和被测中间介质的具体位置相互关系能够划分为直接接触型与非直接接触型两大类。1.2.1直接接触型测量方法[4-6]（1）浮力式实时液位测量法浮力式实时液位测量是应用较早的一种测量方法，由于结构简单，价格低廉，目前仍有较广泛的应用。该类测量方法依靠浮力原理测量实时液位，形成了很多种不同测量实现形式，例如：浮子式：应用浮子作为实时液位测量确定设备元件，联动程序编码盘或者程序编码带等自动显示设备，或者链接变送控制器设备，方便了远距离自动传输测量确定数据信号；浮球式：使用杠杆模型，浮球伴随着介质实时液位改变而绕转轴机械转动，联动转轴上的指示针机械转动，并且和另一端形成平衡关系，与此同时，在标准刻度盘上显示有效液位的具体数字。除了以上方式外，还有伺服式、沉筒式，均属于利用浮力原理来工作的。这类装置结构简单，较易实现，但是浮子或浮球等会随着液位上下波动，影响测量精度；另外，因其有机械活动部件，长时间使用易磨损，且摩擦会对测量准确性产生影响。（2）差压式实时液位测量法差压式实时液位测量法是利用液面高度变化时容器底部的压力也随之而变，引起半导体硅片形变，引发测量电桥不平衡，将实时液位信号换位电压信号。差压式实时液位测量原理简单，应用广泛，但也有其局限性，要求被测液体的密度是已知的，而且要恒定不变。（3）磁致伸缩原理实时液位测量法磁致伸缩原理实时液位测量确定的理论是，当感应设备工作的时候，感应设备的工作电路组成部分将会在测杆里的波导丝上激励出信号脉冲工作电流，这个工作电流沿波导丝传播的时候，就会在波导丝的四周形成信号脉冲工作电流磁场。经过测量确定信号脉冲工作电流和扭转波的有效时间差，能够准确地得知浮子所在的具体位置，也就是液面的具体位置。这种类型的感应设备准确度高、便于装配维护，可以长时间工作，但是如果液体介质密度较大时，浮子容易卡滞，产生较大误差，而且与其它原理传感器相比，价格也比较昂贵。（4）可变电容式实时液位测量法可变电容式实时液位测量法是使用被测液体的介电常量特征属性，不相同中间介质混合在柱状电容器设备中，液位变化转换成电容量的变化，不同介质占有比例不同则电容量不同。电容式实时液位测量法没有运动机械结构，动态响应好，可实现连线测量。但是容易受到寄生分布电容干扰影响，并且对介电常量稳定性要求较高，容易随被测中间介质的介电常量的改变而迅速改变。1.2.2非直接接触型测量方法（1）超声波原理实时液位测量方法[5-6]超声波原理实时液位测量方法是使用超声波的特征，由超声波工作模块发送超声波信号脉冲，声波经液体表层反射后被同一模块或者超声波自动接收控制器设备自动接收，经过压电转换模块转换为电信号，并且由声波的自动发射与自动接收相互之间的有效时间来运算超声波设备到被测液体表层的有效实际距离。因为应用非接触的测量方式，被测中间介质基本上不会受到严格限制，可大量应用在多种液体与固体物质材料实际高度的测量确定。但是其容易受到传播中间介质、环境实际温度等影响因素干扰，测量的准确度偏低，可行性比较差，校正修改补偿复杂。（2）导波雷达原理实时液位测量方法[5]雷达原理实时液位测量方法应用自动发射、反射、自动接收的任务工作方式。传感器的电磁波信号由天线自动发射出，经被测液体介质表层反射之后，被信号天线自动接收，电磁波从自动发射到自动接收的有效时间和到液面的有效实际距离为正比例关系。雷达波不容易受到外界环境干扰影响，并且能穿透塑料容器设备展开测量确定，不需要在容器设备壁开孔作业，完成非接触测量确定，可应用在很多种不同场所。但是数据信号作用较快，对分析数据的工作电路性能要求高，成本很高，推广普及使用比较困难。（3）光纤实时液位测量法[5-7]光纤传感器技术是根据光的全反射基本定律。光导纤维传感器包括自动发射光导纤维与自动接收光导纤维两部分，光源发送的光经过自动发射光导纤维自动发射到待测液位表层，经过液面反射回来的光由自动接收光导纤维自动接收，自动接收光导纤维自动传输的光线信号全部进入光导纤维放大设备，完成数据信号的扩大，再转换为相关的电信号，便于后续数据信息处理。由反射光量就可以了解敏感设备元件是否接触液体或者接触液体的位置。这种感应设备组成结构简易、反应快、时间短、抗电磁影响干扰水平强，但是受光源作用强度与传输消耗的影响作用，它的测量有效范围受严格限制，准确度较低，长时间容易出现不稳定。（4）核辐射式测量法[7]核辐射式测量法，也被称之为同位素射线法，它是使用放射性同位素射线的穿透与反射特性，经过测量确定α射线、β射线、γ射线到达物质材料时穿过物质材料或者通过物质材料反射的衰减作用理论，测试穿过被测物质材料之后的射线数据信号的作用强度，来实现检测目的。因为射线容易受到衰减作用，其传输能量损失较快，测量准确度不理想、有辐射作用、对人体有毒有害。1.3电容式液位检测技术的发展[1]一直以来，国内与国外的电容式液位传感器测量技术发展速度存在着很大差距，所形成的技术体系与产品成果也是同样。截至当前，国际上对于电容式实时液位检测的专业技术研究已获得了显著的技术成果。在这其中，美国的DREXELBROOK利用射频导纳理论与均匀传输线原理，研发出的电容式射频导纳传感产品，具有比较大的测试准确度，耐高温高压与腐蚀变质，在该领域内取得了其它种类的传感器完全不具备的功能优势。截至当前，外国研发的电容式实时液位传感器的检测精度高、智能化水平高，同时为了满足网络化的需要，兼容HART、Honeywell等人工智能通信服务协议，可以非常容易地对每一个服务终端实施远距离人工智能化监督控制，完成统一化综合管理及测量确定。国内的许多公司和科研单位都在不断的进行电容式实时液位测量技术及产品研究。在技术理论上：不同程度的从多个方面分析电容式液位传感器存在的问题及液体的物理属性、寄生电容等因素对测量稳定性的影响，如上海交通大学精密工程及智能微系统研究所赵静、颜德田撰写的《利用电容式传感器测量液位的研究》等分别在温度影响、介质、外界干扰等方面进行了详细的分析论述并提出了相应的解决措施。在技术成果上，也有了不少的收获。比如武汉恒丰机电设备仪表设备有限责任公司生产加工的UYB-2150型可变电容实时液位计，有很多种不同的组成结构方式，具备受温度影响漂移后自动智能补偿的作用功能；上海市自动智能化仪表设备股份有限责任公司研发的UYZ-50002型电容式料位设备等。即使在专业技术上有了巨大提升，但是截至当前，还受到很多因素的影响：没有掌握测试技术的核心内容，主要的应用型芯片还依靠进口；尤其是在稳定性和可靠性等技术层面与国外还有差距；产品在品种、规格、系列等方面还不够全面，国内的电容式实时液位检测技术仍急需改进和发展。并且随着微处理技术的不断进步，应该持续的向人工智能化方向发展进步，把传感器设备取得数据信息的功能和特殊专用的CPU芯片的只能运算、数据处理等密切联系在一起，满足人工智能化、数字化时代需要。电容式的传感设备有多个优势：受温度影响小，电极材料确定后其有效电容基本上只和极板内部的中间介质相关；结构比较简单，容易量产，复杂环境下的适应性也较强，实时动态反应良好，可以对微小的物理变量改变展开测试，所以能够对瞬间作用压力等快速改变的物理变量进行测量确定。电容式传感器也存在多个缺点不足：其工作原理是通过电极形成电容测量物理变量，因此电极的有效尺寸可以影响其检测的物理变量作用范围，当分布空间受限而被测物理变量改变比较多时工作电极被迫缩小进而造成准确度的下降；额定阻抗比较多，容数值变化波动不大，常常在几十到几百PF左右，但是测量电路和电极链接的传输电缆分布电容以及电路内部杂散可变电容与寄生可变电容的影响，附加温湿度变化、结构受力形变等因素影响，因此通常测量时精确度不高，并且还会导致整个测量确定系统产生较大的非线性误差。因此，目前的某电容式燃油液位传感器还有很大的改进空间。参考文献[1]侯亚宾.电容式油位检测系统的设计与实验研究[D].2016.[2]张曹龙．电容式液位计信号变换电路研究与设计［Ｄ］．成都：电子科技大学,2013.[3]刘佳云.基于CAV444的电容式液位传感器的研究与设计[D].2017.[4]张波.分段电容式液位测量的研究[D].大连：大连海事大学,2010.[5]杨天麒.基于电容测量的液位检测技术研究[D].成都：电子科技大学,2015.[6]王美联.双电容LNG液位智能传感器的研制[D].2016.[7]冯斌.一种与介质无关的电容式液位测量方法研究[D].重庆大学,2009.[8]程卫丹.电容式液位传感器及积算仪表的研制[D].沈阳理工大学,2011.[9]高松.车载油量传感器信号处理方法研究[D].2014.[10]袁玉卓.电容式物位测量系统的设计与实现[D].2017.[11]秦尧.电容式液位传感器ASIC设计[D].[12]武维茂.电容式液位计设计[D].电子科技大学,2014.[13]徐乐年,林敏,孙崇雨,etal.电容式灌装液位检测系统的设计[J].仪表技术与传感器,433(02):76-78.[14]谭公礼.多传感器的飞机油箱燃油测量系统的研究[D].2015.[15]贾俊舒.飞机油箱油量测量技术研究[D].[16]单宝峰,张广涛,李景春,etal.航空油量测量技术研究及其发展现状[J].自动化仪表,2013(04):36-37+41.[17]张超,胡顺杰.基于MCS-51单片机的一种带死区的PWM脉冲调制方法[J].电源世界,2014(03):32-34+38.[18]钱洁.基于PWM技术的LED调光电源设计与实现[D].2019.[19]韩升晖.基于单片机的超声波液位计的设计与实现[D].华北电力大学,2014.[20]黄四青.基于单片机的超声波油位测量仪的研究和实现[D].2011.[21]赵开理.基于单片机设计直流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