1.8  智能超声波物位仪

智能超声波物位仪由超声波换能器、温度传感器、超声波现场变送器3部分组成。【9】其中超声波料位仪以微能量、非接触式工作, 能做到连续测量物位。【9】温度传感器可进行多点温度测量,直接输出数字化温度信号, 可以自动补偿声波测量环境温度，保证仪表测量的高精度和可靠性。【9】超声波现场变送器是系统的核心部分, 它接收超声波换能器和温度传感器的测量信号和各种相关信息, 再采用声波智能技术进行分析计算,从而实现精确的物位测量, 提4-20mA的模拟输出或RS485的数字信号, 进而可将测量数据远距离传送到控制室内, 实现远程监测和控制。【9】

通过以上的介绍，可以看出料位的测量有很多种，各自有各自的特点及适用环境。超声波液位测量方法不但成本低、易于维护，还可实现非接触、高可靠测量，解决了压力变送器、电容式、浮子式等测量方式带来的缠绕、泄露、接触介质、维护昂贵等麻烦。【14】它不必接触工业介质就满足大多数密闭/ 敞开容器的液位测量要求，不会污染被测液体，也不受被测液体腐蚀性影响。【14】超声波料位测量有其它测量方法不能比拟的优越性。本课题根据实验室已有的设备搭建一套超声波料位测量装置，研究超声波传感器的发散角、发射强度以及料仓内物料的特性，料仓的料位高低、堆积情况以及仓壁的位置等因素对超声波料位测量精度的影响，以及其它实验过程中的有可能对超声波料位测量产生影响的因素，并完成仓内水位测量、带堆积角的散装粉体物料等两种料位的测量，然后与用直接测量得出的结果做出比对，检测超声波测量的精度并且给出测量误差分析。论文网

2  超声波料位测量理论基础

2.1  超声波料位测量原理

超声波即频率超过20kHz的声波，主要有以下特性。

（1）反射特性

    超声波从一种介质进入另一种介质时，由于两种介质密度不同，在两种介质分界面传播方向会发生改变，一部分声波折射入另一种介质，另一部分则被反射回来。【10】当超声波在固体和液体间传播时，由于介质密度相近，几乎全部发生折射。【10】但当超声波从气体传播到固体或液体时，由于介质密度相差太大，声波几乎全部发生反射，超声波料位计主要利用这一特性。【10】

（2）衰减特性

    超声波在传播过程中，受介质和介质中杂质的阻碍或吸收，声波强度会逐渐衰减。【10】

在连续测量物位的超声技术中，最为人们广泛应用的方法是超声波脉冲回波法，其原理比较简单，硬件上便于实现，用于计算的软件也较其他方法容易编写和改进。【11】工作原理：通过超声波传感器向物面发出一个超声波脉冲，经过一段时间，超声波传感器接收到从物面反射回的信号，信号经过变送器电路的选择和处理，根据超声波发出和接收的时间差，计算出物面到传感器的距离。【11】若已知介质内声速为c，第1个回波到达的时刻与发射脉冲时刻的时间差为t，那么按 可计算换能器与物面之间的距离S。【11】超声波在空气中的传播速度主要与空气的压力和温度有关。【11】正常条件下，由于大气压力变化很小，超声波传播速度主要考虑温度的影响，如果环境温度变化显著，则必须要考虑到温度补偿问题。【11】

当探头发射超声波后，将接收到一连串的反射波，包括容器壁的多次反射波、液面的多次反射波、容器内障碍物的反射波以及一些随机干扰，对于容器壁的多次回波，一定要消除，否则数据误差非常大甚至于仪器都不能够正常的工作。容器壁多次回波的干扰，要通过控制采集通道的开关时间来消除，由于多次反射与透射，超声波的能量在容器壁中衰减很快，衰减程度随容器壁材料性质变化，对于双晶探头而言，衰减速度的快慢是影响仪器测量盲区的主要因素之一。文献综述 超声波料位测量技术研究(3):http://www.751com.cn/wuli/lunwen_72693.html