液位測量系統(tǒng)設(shè)計

1、液位測量系統(tǒng)設(shè)計專 業(yè)：自動化班 級：自控1202學(xué) 號：2012014059姓 名：徐越目錄摘要：3關(guān)鍵詞：3一、液位檢測方法簡介3簡述各種液位計的特點51 超聲波液位計|物位計52 靜壓液位計63 雷達液位計64 磁致伸縮液位計65 差壓式液位計|物位計66 磁翻板或磁翻柱液位計77 伺服式液位計78 電容式液位計79 射頻導(dǎo)納液位計710 浮筒液位計811 鋼帶液位計812 靜磁柵液位計8幾種常見液位計性能比較9二、液位測量系統(tǒng)設(shè)計102.1液位測量原理102.2補償設(shè)計112.3測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)122.4誤差分析13三、總結(jié)14四、 參考文獻14實驗設(shè)計摘要：設(shè)計一套液位測量系統(tǒng)，要求測量

2、范圍02000mm，系統(tǒng)測量精度0.1%。利用單片機加以控制，擋板補償方法減小誤差，提高傳播時間的測量準確度來提高精度。關(guān)鍵詞：液位檢測、超聲波一、液位檢測方法簡介常用于測量液位的液位計有連通器式、吹泡式、差壓式、電容式等，測量物位的有超聲波物位計和放射性物位計等。其測量原理和特點如下： 1、連通器式就是應(yīng)用最普通的玻璃液位計。它的特點是結(jié)構(gòu)簡單、價廉、直觀，適于現(xiàn)場使用，但易破損，內(nèi)表面沾污，造成讀數(shù)困難，不便于遠傳和調(diào)節(jié)。 2、浮力式液位計包括恒浮力式和變浮力式兩類。 (1)恒浮力式液位計 恒浮力式液位計是依靠浮標或浮子浮在液體中隨液面變化而升降，它的特點是結(jié)構(gòu)簡單、價格較低，適于各種貯罐

3、的測量； (2)變浮力式液位計 變浮力式亦稱沉筒式液位計，當液面不同時，沉筒浸泡于液體內(nèi)的體積不同，因而所受浮力不同而產(chǎn)生位移，通過機械傳動轉(zhuǎn)換為角位移來測量液位。 此類儀表能實現(xiàn)遠傳和自動調(diào)節(jié)。 3、吹泡式液位計是應(yīng)用靜壓原理測量敞口容器液位。 壓縮空氣經(jīng)過過濾減壓閥后，再經(jīng)定值器輸出一定的壓力，經(jīng)節(jié)流元件后分兩路：一路進到安裝在容器內(nèi)的導(dǎo)管，由容器底部吹出；另一路進入壓力計進行指示。 當液位最低時，氣泡吹出沒有阻力，背壓力零，壓力計指零；當液位增高時，氣泡吹出要克服液柱的靜壓力，背壓增加，壓力指示增大。因此，背壓即壓力計指示的壓力大小，就反映了液面的高低。吹泡式液位計結(jié)構(gòu)簡單、價廉，適用于

4、測量具有腐蝕性、粘度大和含有懸浮顆粒的敞口容器的液位，但精度較低。 4、差壓式液位計有氣相和液相兩個取壓口。氣相取壓點處壓力為設(shè)備內(nèi)氣相壓力；液相取壓點處壓力除受氣相壓力作用外，還受液柱靜壓力的作用，液相和氣相壓力之差，就是液柱所產(chǎn)生的靜壓力。這類儀表包括氣動、電動差壓變送器及法蘭式液位變送器，安裝方便，容易實現(xiàn)遠傳和自動調(diào)節(jié)，工業(yè)上應(yīng)用較多。 5、電容式液位計是采用測量電容的變化來測量液面的高低的。它是一根金屬棒插入盛液容器內(nèi)，金屬棒作為電容的一個極，容器壁作為電容的另一極。兩電極間的介質(zhì)即為液體及其上面的氣體。由于液體的介電常數(shù)1和液面上的介電常數(shù)2不同，比如：1>2，則當液位升高時

5、，兩電極間總的介電常數(shù)值隨之加大因而電容量增大。反之當液位下降，值減小，電容量也減小。 所以，可通過兩電極間的電容量的變化來測量液位的高低。電容液位計的靈敏度主要取決于兩種介電常數(shù)的差值，而且，只有1和2的恒定才能保證液位測量準確，因被測介質(zhì)具有導(dǎo)電性，所以金屬棒電極都有絕緣層覆蓋。電容液位計體積小，容易實現(xiàn)遠傳和調(diào)節(jié)，適用于具有腐蝕性和高壓的介質(zhì)的液位測量。 6、超聲波物位計是利用超聲波在氣體、液體或固體中的衰減、穿透能力和聲阻抗不同的性質(zhì)來測量兩種介質(zhì)的界面。此類儀表精度高、反應(yīng)快，但成本高、維護維修困難，都用于要求測量精度較高的場合。 7、放射形物位計是利用物位的高低對放射形同位素的射線

6、吸收程度不同來測量物位高低的，它的測量范圍寬，可用于低溫、高溫、高壓容器中的高粘度、高腐蝕、易燃易爆介質(zhì)物位的測量。但此類儀表成本高，使用維護不方便，射線對人體危害性大簡述各種液位計的特點1 超聲波液位計|物位計由微處理器控制的數(shù)字液位|物位儀表，介質(zhì)幾乎不受限制，可以應(yīng)用于各種液體和固體物料高度的測量的復(fù)雜工況，可實現(xiàn)測量值的溫度補償。非接觸的測量，測量精度高，操作簡單，界面直觀等。2 靜壓液位計產(chǎn)品小巧、輕便、靈敏而具有高性能，具有便利的安裝和使用方便。主要應(yīng)用于城市給排水、水處理廠、水庫、河流、海洋、儲油罐、裝有糊狀物的罐及石油、化工、冶金、電力等部門的液位及其它敞開式容器液體的液位測量

7、，被測液體無論是水、油、酸、堿、鹽及粘稠性液體，都能高精度地測量。3 雷達液位計在惡劣條件工作適用范圍廣，幾乎可以測量所有介質(zhì)。包括有毒的，腐蝕性介質(zhì)，固體、液體，粉塵性、漿狀介質(zhì)，都可以進行測量。測量連續(xù)準確,無須維修，可行性強,維護方便，操作簡單。非接觸測量，不受溫度、壓力、氣體等的影響。4 磁致伸縮液位計是利用磁致伸縮原理所開發(fā)的測位產(chǎn)品，輸出信號為絕對數(shù)值，不會對數(shù)據(jù)接收構(gòu)成問題，無須重新調(diào)整零位。內(nèi)部構(gòu)造是非接觸的，不會對傳感器造成任何磨損。輸出直接，無須再加裝輸出接口。輸出精確可靠，傳感器堅固耐用，壽命長，無須定期維修或校正。5 差壓式液位計|物位計通過表壓信號反映液位高度，安裝方

8、便，容易實現(xiàn)遠傳和自動調(diào)節(jié)，工業(yè)上應(yīng)用較多。為比較成熟的液位測量儀表，測量精度較高，維護量少，需要重視維護；6 磁翻板或磁翻柱液位計就地顯示無須電源，顯示部分和介質(zhì)完全隔離，不會因介質(zhì)污染顯示條而使觀測受到影響，根據(jù)用戶需要調(diào)節(jié)開關(guān)點位置，安裝捆綁式液位變送器，輸出 420mA 信號，可實現(xiàn)遠距離檢測或控制。維護量小，維修費用低。7 伺服式液位計主要應(yīng)用在(無腐蝕性的液體）輕油品的高精度測量中?；驹硗搸揭何挥?，有精確的力傳感器以及伺服系統(tǒng)，精度高，能夠達到1mm，安裝調(diào)試比較復(fù)雜，接觸式液位計，價格高。8 電容式液位計具有極高的抗干擾性和可靠性，解決了溫度、濕度、壓力及物質(zhì)的導(dǎo)電性等因

9、素對測量過程的影響。能夠測量強腐蝕性的液體，如酸、堿、鹽、污水等。9 射頻導(dǎo)納液位計是一種從電容式發(fā)展起來的、防掛料、更可靠、更準確、適用性更廣的新型物位控制技術(shù)，是電容式物位技術(shù)的升級。10 浮筒液位計根據(jù)浮力原理，液位上升時翻柱由白色轉(zhuǎn)為紅色，下降時由紅色轉(zhuǎn)為白色，從而實現(xiàn)液位指示。11 鋼帶液位計是利用力學(xué)平衡原理設(shè)計制作的，實用性強、測量范圍大、精度高性能穩(wěn)定、使用壽命長、便于維護等優(yōu)點。12 靜磁柵液位計直接輸出絕對液位數(shù)據(jù)，量程長、分辨度適中、無接觸特點，失電后能長時間保存絕對液位數(shù)據(jù)。耐沖擊、防水、抗油、抗粉塵、抗污染、不怕泡沫、讀數(shù)直觀精確、具有多種輸出信號、與車間現(xiàn)有的控制網(wǎng)

10、絡(luò)聯(lián)結(jié)方便、便于維修置換等性能使其成為液位檢測與控制的首選設(shè)備。幾種常見液位計性能比較液位計液位測量溫度測量密度測量界位測量體積測量質(zhì)量測量安裝情況價格費用鋼帶誤差小重要無法測量無法誤差小取決于溫度、密度復(fù)雜低伺服精度高重要誤差大誤差小誤差小取決于溫度、密度簡單比較高雷達精度高重要無法測量無法誤差小精度高簡單高靜壓誤差小不重要誤差小無法誤差大取決于溫度、密度復(fù)雜比較高磁致精度高重要無法測量精度高誤差小取決于溫度、密度復(fù)雜高聲波精度高不重要無法測量無法誤差小取決于溫度、密度復(fù)雜高液位計對不同介質(zhì)的適用情況液位計輕油原油重油瀝青液化氣腐蝕性介質(zhì)浮子鋼帶好好好差差差伺服好好一般差好差雷達好好好好好好

11、靜壓好好一般差一般好磁致好好好差好好聲波好好好好好好超聲波液位計具有精度較高，聲波傳遞穩(wěn)定，適合場合廣泛因此選用超聲波液位計測量。二、液位測量系統(tǒng)設(shè)計2.1液位測量原理超聲波物位計工作原理是由超聲波換能器（探頭）發(fā)出高頻脈沖聲波遇到被測物位（物料）表面被反射折回反射回波被換能器接收轉(zhuǎn)換成電信號.聲波的傳播時間與聲波的發(fā)出到物體表面的距離成正比.聲波傳輸距離S與聲速C和聲傳輸時間T的關(guān)系可用公式表示：S=C×T/2。即：距離 m = 時間×聲速/2 m設(shè)計指標超聲波液位計液體量程：02000mm精度：±2 mm OR 0.1%供電：24VDC；220VAC超聲波液位

12、計顯示：清晰的多行文本圖解顯示、包絡(luò)線顯示外殼材質(zhì)：塑料 透明顯示蓋超聲波液位計典型應(yīng)用：污水提升泵站、污水處理池、廢水、泥漿、石灰漿、地下油罐、流動性好的固體粉料、顆粒料。2.2補償設(shè)計由于超聲波的傳播速度會受到傳播介質(zhì)溫度、密度的影響，所以在實際測量過程中會有較大的誤差。此時，應(yīng)設(shè)計補償。使用溫度補償法時，由于只考慮到溫度對超聲波速度的影響，沒有考慮氣體的密度，壓強，濕度，氣體中的懸浮顆粒等的影響，所以，此種補償方法只適用于精度要求不高的液位檢測系統(tǒng)。我的補償方法為實測聲速補償（設(shè)置校正具）。如圖所示，在發(fā)射探頭前安裝一塊擋板，擋板與探頭間的距離為固定值L，當探頭發(fā)射超聲波時，擋板能將一部

13、分超聲波反射到探頭，探頭接收到反射波后，計算發(fā)射超聲波到接收的時間為t，則可計算出超聲波的實際傳播速度：V=2L/t式中，L為擋板與探頭間的距離（固定值）t為發(fā)射超聲波到接收的時間2.3測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)超聲波換能器發(fā)出聲波遇到被測物位表面被反射折回反射回波被換能器接收轉(zhuǎn)換成電信號。聲波的傳播時間與聲波的發(fā)出到物體表面的距離成正比。系統(tǒng)的工作原理：電源電路生成+5V直流電供給單片機使用。利用傳感器進行液位檢測，把測得的數(shù)據(jù)送入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換電路，測得的數(shù)據(jù)就會模擬量變?yōu)閿?shù)字量，然后送入單片機處理，最后由顯示電路顯示出來，用鍵盤按鍵設(shè)置液位上限和下限，超過液位或流速的預(yù)定值實現(xiàn)自動報警功能，提醒工作人員及時進行處理。2.4誤差分析此系統(tǒng)采用擋板補償，因此系統(tǒng)誤差由測量距離傳播的時間誤差引起，當計時達到一定精度時，系統(tǒng)就可以滿足設(shè)計指標。指標要求測量精度誤差小于2mm，假設(shè)已知超聲波速度C=344m/s (20室溫)忽略聲速的傳播誤差。測距誤差t<(0.002/344) 0.000005814s 即5.814ms。在超聲波的傳播速度是準確的前提下，測量距離的傳播時間差值精度只要在達到微秒級，就能保證測距誤差小于2mm的誤差。三、總結(jié)本次實驗利用了超聲波測距原理實現(xiàn)了非接觸式液位測量系統(tǒng)的設(shè)計，采用的補償設(shè)計也有效的減小了超聲波速度隨溫