[实用新型]基于双点法实测声速的高精度超声波液位变送器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种超声波液位变送器，具体涉及一种能实时精准测量液位的基于双点法实测声速的高精度超声波液位变送器。

背景技术

超声波液位变送器作为非接触式液位传感器，有着安装方便、稳定性高、不受介质污染等方便的优点，能大量应用到工业、农业等各种液位测量的场合。由于超声波测量必须用到声速，然而声速受各种外界环境的影响而有变化，现有的超声波液位变送器一般采用固定声速或者采用温度去补偿声速的方式。这种补偿方式不能完全反应正确的声速，因此测量过程中还是会受到空气中温度、湿度、空气质量等方面的影响，导致测量精度不高。因此现有的超声波液位变送器只能在测量精度要求不高或者室内外界环境变化不大的情况下使用。

超声波液位变送器的原理是通过超声波在空气中传播的时间和声波的传输速度计算得到超声波探头与液位之间的距离，从而测得液位。然而声速随着外界环境的变化而变化，传统的超声波液位传感器主要通过测量温度去补偿声速。这种方法存在如下缺点：

首先测量的温度不能及时正确的反应出当时空气中的温度；

其次，声速不仅仅是受温度影响，它还受湿度、空气质量等方面的影响。

因此这样的声速补偿不能真正的反映真实声速，所以以此声速去计算测量距离时还是容易受到外界环境的影响，导致测量距离的不准确，从而测量精度不高，误差大。因此，现有超声波测距变送器测量的可重复性和精度不高，容易受空气温度，空气湿度，空气质量等外界环境的影响。

CN104483380A公开了一种基于温度补偿的超声波气体浓度测量方法及测量装置，采用1只收发一体式超声波换能器，通过发射信号经传感器管体另一侧内壁反射后，测量接收信号的传播时间来实现气体浓度测量，降低了超声波换能器的安装难度，减少了成本；同时通过内置的温度传感器来实现温度动态补偿，首先建立待测气体在两种浓度下的温度与声速补偿曲线；再根据当前实测温度，利用温度与声速补偿反推出两种浓度的待测气体在当前温度下的传播速度，并实时建立处浓度与传播速度的关系曲线；根据当前温度下的传播时间计算出传播速度，并带入实时曲线中即可计算出实时浓度，保证超声波氧气浓度传感器在不同温度下的测量准确性。

该对比文件中公开的超声波测量方法采用的是传统的用测量温度去补偿声速的方式，仍然容易受环境的影响。并且从原理上说明了声速还受空气浓度的影响。

CN204214517U公开了一种拥有自动校准功能的超声波液位测量系统，包括微控制器、发射电路、接收电路和超声波探头，还包括温度补偿电路，在所述超声波探头和被测目标之间设置有一金属杆，通过实测声速和温度测量进行自动校准，测量精度高，实现对液位的精确测量。

该对比文件中公开的超声波液位测量系统，虽然采用了金属管补偿的方式，但是在实际测量中还是以温度测量声速为准，以金属管做为偏移后的补偿，这样导致小范围内测量偏差比较大。另外，由于此种方法的超声波探头同一时间测量金属杆和液位，所以很容易受到虚假回波的干扰，造成测量不稳定。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种使超声波测量不受外界影响的、高稳定性和高精度的，能实时精准测量液位的基于双点法实测声速的高精度超声波液位变送器。

为解决本实用新型的技术问题，所采用的技术方案如下：

基于双点法实测声速的高精度超声波液位变送器，包括：

超声波探头一，用于测量实际声速；

超声波探头二，用于测量待测物的距离；

中央处理器分别连接变压器驱动电路一和放大、滤波、整形电路一，超声波探头一设置在变压器驱动电路一和放大、滤波、整形电路一之间；

中央处理器还分别链接变压器驱动电路二和放大、滤波、整形电路二，超声波探头二设置在变压器驱动电路二和放大、滤波、整形电路二之间；

超声波探头一设置在已知固定距离处的反射物的正上方，超声波探头二设置在待测物的正上方。

中央处理器发出PWM信号经变压器驱动电路一驱动超声波探头一发射超声波，超声波遇到设置在已知固定距离处的反射物后发射回来，被反射回来的超声波回波被所述超声波探头一接收，并将其转化成超声波回波信号，超声波回波信号经放大、滤波、整形电路一处理后，变成中央处理器可以捕捉采样的信号被中央处理器接收，通过中央处理器内部计算得出当时的实际声速；