[发明专利]一种基于超声波衰减原理的液位检测和流量监测装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于超声波衰减原理的液位检测和流量监测装置及方法。

背景技术

目前，液位检测的方法主要有机械式浮筒方法、超声波界面反射方法、电容法、电阻法和光电检测方法等。

机械式浮筒方法是利用空心浮筒在水中的浮力来计算液位的高度。电容法或电阻法是通过电极与被测液体导通，测量被测液体的电性能参数。以上的方法由于需要与液体接触，容易造成液体污染。

超声波界面反射方法一般设置在容器开口上方，超声波收发器与容器底部的距离为已知参数。超声波向容器底部传输，当遇到气液界面时发生发射与透射(或折射)，超声波收发器接收反射波计算超声波收发器与气液界面的距离，从而得出液位高度。目前也有将超声波收发器放置在其他位置的超声波界面反射方法，其原理仍然一样。此种方式目前被广泛用于与大型容器，不适用于比较小型化的密闭容器液位检测。

光电检测方法是在透明容器的两侧设置红外发射器和接收器，利用红外信号在穿过液体和穿过气体的折射率差异检测液面位置。此种方法是最接近于本发明的一种应用方式，但光电检测方法对容器和液体的透明度有较高的要求，因此对容器也被测液体的兼容性较差。

发明内容

为了克服目前小型密闭容器的液位检测不便的技术问题，本发明提供一种应用灵活、安全可靠且兼容性强的基于超声波衰减原理的液位检测和流量监测装置及方法。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案是：一种基于超声波衰减原理的液位检测和流量监测装置，包括检测装置、机架、控制系统和容器，所述的检测装置和容器分别设置于机架上，所述的控制系统固定于机架上且分别通信连接机架和检测装置；

所述的检测装置包括检测支架、超声波发生器和超声波接收器，所述的检测支架为设有两平行的支臂的U形支架，超声波发生器和超声波接收器分别固定于支架的两支臂的内侧且平行相对设置，检测支架水平的设置于机架上；

所述的机架包括机架本体、容器支架、检测装置竖直运动模组和检测装置位置感应模组，所述的容器支架设置于机架本体的上部并用于悬吊容器使其处于检测支架的两支臂之间，所述的检测装置竖直运动模组设置于机架本体上并连接检测支架以驱动其在竖直方向上运动，所述的检测装置位置感应模组安装于检测支架后部并用于检测检测支架所处位置；

所述的控制系统包括控制电路，所述的控制电路分别与超声波发生器、超声波接收器、检测装置竖直运动模组和检测装置位置感应模组通信连接；

所述的容器通过容器支架竖直的悬吊于检测支架的两平行支臂之间，容器上设有一液体出口和一气体入口。

所述的装置，所述检测支架上还设有一直观标尺，直观标尺固定于检测支架的内侧上并处于容器后方且与超声波发生器和超声波接收器的相对水平位置相同。

所述的装置，所述的直观标尺由自发光光源构成，所述的检测装置竖直运动模组为螺杆运动模组，所述的检测装置位置感应模组为光栅尺模组。

所述的装置，所述的控制电路为单片机、工控机、FPGA、PLC中的任一种。

一种基于超声波衰减原理的液位检测方法，采用上述的装置，包括以下步骤：

步骤一：将装有液体的容器固定于容器支架上，检测支架在竖直方向上由预设的上端极限位置向下运动到下端极限位置，然后回到上端极限位置，在检测支架运动时，超声波发生器持续发射超声信号并被超声波接收器接收，同时记录下所接收的超声波信号参数以及与参数相对应的运动位置，完成第一次扫描；

步骤二：容器内液体流出，气体进入；

步骤三：检测支架再次在竖直方向上由上端极限位置向下运动，在检测支架运动时，超声波发生器仍持续发射超声信号并被超声波接收器接收，所接收到的超声信号与第一次扫描时相对应位置所记录的超声信号进行对比，当接收到与第一次扫描不同的超声信号时，即表明检测装置到达第一次扫描时容器的气液分界面位置；

步骤四：检测支架继续向下运动，当接受到的超声信号与第一次扫描时信号变为相同时，表明超声波接收器到达当前容器的气液分界面位置，检测支架停止运动，完成液位检测。

所述的基于超声波衰减原理的液位检测方法，所述的的步骤一中，预设的上端极限位置为容器顶部，预设的下端极限位置为容器底部。

一种基于超声波衰减原理的流量监测方法，采用上述的装置，包括以下步骤：