[发明专利]一种气介式自标定超声波液位测量方法及其液位计

说明书

技术领域

本发明涉及一种液位计，特别涉及一种气介式自标定超声波液位(距离)测量方法，本发明还涉及利用上述方法的液位计。

背景技术

采用超声波测距技术的液位计广泛应用于水文、水利工程、市政工业过程检测和控制，同时在各种矿山、井下等易燃易爆场合观测液位或仓储物位，但在目前使用的超声波测距技术中，应用最多的是脉冲回波检测法，其原理是通过超声波传感器发射超声波，并接收从被测目标反射回来的回波信号，确定超声脉冲从发射到接收的时间，然后再根据超声波传播的速度，计算出超声波传感器与被测物体之间的距离。但是超声波在介质中的传播速度与介质材料、环境温度、湿度等因素有关，因此测量精度有限。

常见的提高检测精度的方法是温度补偿法，但是温度补偿只能取一点、或多点的温度，不能连续的取得整个超声波传播过程中的温度，因此采取温度补偿办法存在缺陷。而且超声波声速不仅仅与温度有关，还与湿度、气压、空气质量等等因素有关，不可能一一对各种因素校正。这种采用温度补偿的办法只能在很小程度上提高测量精度，但是无法实现精确测量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种气介式自标定超声波液位测量方法及其液位计，实现对液位(距离)的精确测量，测量精度不受空气质量因素的影响。

本发明的目的通过以下技术方案实现：一种气介式自标定超声波液位测量方法，包括：将一个发射/接收于一体的超声波换能器置于一端平面上，或者分别用一个发射超声波的超声波换能器与另一个用于接收超声波的超声波换能器置于同一端平面，在端平面与被测液面之间固定设置可部分反射所发射超声波的杆状对象作为校正量具，通过设定的校正量具与端平面的已知固定精确距离来校正获得端平面与被测液面的距离，实现高精度超声波液位测量。

本发明的测量方法包括如下步骤：

(1)测量获得校正量具与端平面的距离为h₀；

(2)测量获得超声波经发射传播至校正量具后，反射回来接收所用的时间t₀；

(3)测量获得超声波经发射传播至被测液面后，反射回来接收所用的时间t；

(4)计算出端平面与被测液面的距离

本发明所述超声波换能器发射的超声波是通过固定间隙的多组波激励发射，以获得较大的激励能量。

本发明的另一个目的是通过以下技术方案实现：

一种利用上述方法的气介式自标定超声波液位计，包括壳体及安装于壳体上的超声波换能器、控制单元和校正量具，所述发射换能器的发射端与接收端处于同一端平面；所述校正量具设于超声波换能器与被测液面之间，并与所述端平面平行；

所述控制单元包括单片机、发射输出电路、数据存储电路、接收输入电路、通信电路和工作电源电路，单片机通过发射输出电路激励发射换能器发射超声波，超声波传播至校正量具后一部分被校正量具反射回接收换能器并被转换成电信号，另一部分传播至被测液面反射回接收换能器并被转换成电信号，再经接收输入电路将两部分电信号根据时间序列分别输入至单片机的相应检测端口进行数据处理，获得所需的液位或距离数据，再经通信电路输出数据，并由存储电路存储数据；由工作电源电路向各部分电路提供所需的电源。

通过本发明的气介式自标定超声波液位测量方法，则可由单片机计算处理获得被测液位数据。

在上述基础上，本发明可作如下改进：

本发明所述发射输出电路具有隔离变压器，该发射输出电路通过变压器隔离后激励发射换能器发出超声波，以隔离后续超声波的震动。

本发明所述校正量具为一金属杆，该金属杆两端通过两支撑臂固定于壳体上，以使校正量具获得半反射半透射超声波功能。

本发明所述金属杆在端平面的投影位于两超声波换能器之间，所述发射换能器与接收换能器之间设有挡板，以防止声短路。

本发明还可设置所述金属杆在端平面的投影位于两超声波换能器端面的中心连线上。

此外，本发明所述的超声波换能器采用一个发射/接收于一体的超声波换能器；或者由一个为发射超声波用的发射换能器和一个为接收超声波用的接收换能器组成。

与现有技术相比，该发明技术具有以下优点：

(1)本液位计在两超声波换能器与液面之间设置有校正量具，通过校正量具的校正，被测液位只与h₀、t₀、t有关，与超声波在空气中的传播速度无关，本液位计测量液位时故不受温度、湿度、气压、空气质量等因素的影响，起到了自标定作用，从而获得较高的测量精度；