CN104568079B - 超声波液位计的模拟测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超声波液位计的模拟测试方法，在触摸屏上设置相关参数，包括初始液位值、模拟液位值、量程、步进电机行进速度，并传递给PLC模块，通过触摸屏启动自动测试，PLC模块比较模拟液位值与初始液位值，计算两者的差值，根据差值正负确定步进电机旋转方向以及输出到步进电机的脉冲个数，步进电机根据设定的步进电机行进速度行进，待步进电机行进到位后，超声波液位计测量液面模拟装置的液位，PLC模块通过RS232接口读取超声波液位计的液位测量值与设定的模拟液位值进行比较，判断得出液位计的测量准确度，并传输到触摸屏显示。本方法可以实现高精度液位值给定,低噪音,快速定位,并且不需要注入实际物料。

Description

超声波液位计的模拟测试方法

技术领域

本发明涉及超声波液位计领域，尤其涉及一种超声波液位计的模拟测试方法。

背景技术

由于超声波液位计发射功率大,测量精度高使其得到越来越广泛应用. 超声波物位计的工作原理是由换能器（探头）发出高频超声波脉冲遇到被测介质表面被反射回来，部分反射回波被同一换能器接收，转换成电信号。超声波脉冲以声波速度传播，从发射到接收到超声波脉冲所需时间间隔与换能器到被测介质表面的距离成正比。此距离值S与声速C和传输时间T之间的关系可以用公式表示：S=C*T/2。在测试超声液位计时,为了升降容器内的液位, 一般采用对透明容器用水泵注水和排水的方法,对于大容积的容器,注水和排水时间较长, 液位定位稳定时间长,导致时间的浪费,同时大功率的水泵运行时噪音很大,产生环境噪声,并且液位的实际值也不精确,只是凭肉眼观察,不能精确测试出液位计的准确度。因此针对超声波测量液位原理,有必要设计一种精确模拟容器内物料液面位置,并快速定位位置的低噪音测试系统.使对超声波液位计的测试不需要实际物料液位也可以准确完成,并且不产生环境噪音。

发明内容

本发明是针对现有技术的不足，提供了一种超声波液位计的模拟测试方法，该方法可以有效地解决用注排水方法测试超声波液位计时噪音大,液位定位时间长,液位值不精确等问题,使超声波液位计的测试在没有实际物料的情况下也能实现。

本发明为解决上述技术问题采用的技术方案为：一种超声波液位计的模拟测试方法，采用了如下装置，该装置包括开口容器以及悬置在容器开口上方的超声波液位计，所述容器内设有液面模拟装置，所述容器的底面下端设有步进电机，所述步进电机的电机螺旋丝杆穿过容器的底面伸入容器内与容器内的液面模拟装置固定连接，所述步进电机与步进电机驱动器连接，所述步进电机驱动器与PLC模块连接，所述PLC模块分别与超声波液位计、触摸屏连接；

采用上述装置实现超声波液位计测量准确度的测试方法，包括以下步骤：

首先，在触摸屏上设置相关参数，包括初始液位值、模拟液位值、量程、步进电机行进速度，并传递给 PLC模块，通过触摸屏启动自动测试，PLC模块比较模拟液位值与初始液位值，计算两者的差值，根据差值正负确定步进电机旋转方向以及输出到步进电机的脉冲个数，步进电机根据设定的步进电机行进速度行进，待步进电机行进到位后，超声波液位计测量液面模拟装置的液位，PLC模块通过RS232接口读取超声波液位计的液位测量值与设定的模拟液位值进行比较，判断得出液位计的测量准确度，并传输到触摸屏显示。

步进电机行进速度不能超过0.2m/S。

所述步进电机采用直线步进电机。

所述触摸屏上设有手动、自动转换按钮，用于控制PLC模块进行手动模式与自动模式之间的切换， PLC模块位于手动模式时，用于手动驱动步进电机正转或反转，用于设置液面模拟装置的初始液位位置，PLC模块位于自动模式时，用于自动完成超声波液位计测量准确度的测试。

所述触摸屏采用型号为TK6070I的触摸屏。

所述PLC模块采用型号为FX3U的PLC。

所述液面模拟装置为一金属圆盘，该金属圆盘固定在步进电机的电机螺旋丝杆上。

所述金属圆盘通过紧固螺母固定在步进电机的电机螺旋丝杆上。

在触摸屏上设置的相关参数还包括最高液位值，最高液位值与超声波液位计底部的超声波发送端之间的距离区域为超声波液位计测试盲区，所述初始液位值、模拟液位值均小于最高液位值。

本发明采用上述技术方案的有益效果为：本发明采用触摸屏设置液位计测量参数,根据这些参数,用PLC驱动步进电机带动容器内金属圆盘作正向或反向运动,模拟液位的上升和下降。液位计发射的超声波遇到金属圆盘后反射被液位计接收,实现用金属圆盘模拟实际液位。同时,PLC通过RS232接口与液位计实时通信,液位计将测得的液位值传送给PLC,由PLC传输给触摸屏显示。由于步进电机的步进精度很高,可以实现0.02毫米的步进。因此相比于容器内注水或排水的方法测液位, 由于步进电机运行噪音很小，定位准确，快速，本方法配合本发明的系统可以实现高精度液位值给定,低噪音,快速定位,并且不需要注入实际物料。

附图说明

图1为本发明的原理示意图；

图2为本发明的步进电机与金属圆盘的安装示意图；

图3为图2的俯视图；

图4为本发明的方法流程图；

图5为超声波测液位示意图。

附图中，1为开口容器，2为金属圆盘，3为步进电机，31为电机螺旋丝杆，4为锁紧螺母，5为步进电机驱动器，6为PLC模块，7为超声波液位计，8为触摸屏。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

参见图1至图5，一种超声波液位计7的模拟测试方法的实施例，采用了如下装置，该装置包括开口容器1以及悬置在容器开口上方的超声波液位计7，所述容器内设有液面模拟装置。所述液面模拟装置为一金属圆盘2，该金属圆盘2固定在步进电机3的电机螺旋丝杆31上。所述金属圆盘2通过紧固螺母固定在步进电机3的电机螺旋丝杆31上。所述容器的底面下端设有步进电机3，所述步进电机3的电机螺旋丝杆31穿过容器的底面伸入容器内与容器内的液面模拟装置固定连接，所述步进电机3与步进电机驱动器5连接，所述步进电机驱动器5与PLC模块6连接，所述PLC模块6分别与超声波液位计7、触摸屏8连接；

参见图4，采用上述装置实现超声波液位计7测量准确度的测试方法，包括以下步骤：

首先，在触摸屏8上设置相关参数，包括初始液位值、模拟液位值、量程、步进电机3行进速度，并传递给 PLC模块6，通过触摸屏8启动自动测试，PLC模块6比较模拟液位值与初始液位值，计算两者的差值，根据差值正负确定步进电机3旋转方向以及输出到步进电机3的脉冲个数，步进电机3根据设定的步进电机3行进速度行进，待步进电机3行进到位后，超声波液位计7测量液面模拟装置的液位，PLC模块6通过RS232接口读取超声波液位计7的液位测量值与设定的模拟液位值进行比较，判断得出液位计的测量准确度，并传输到触摸屏8显示。

所述触摸屏8上设有手动、自动转换按钮，用于控制PLC模块6进行手动模式与自动模式之间的切换， PLC模块6位于手动模式时，用于手动驱动步进电机3正转或反转，用于设置液面模拟装置的初始液位位置，PLC模块6位于自动模式时，用于自动完成超声波液位计7测量准确度的测试。

在触摸屏8上设置的相关参数还包括最高液位值，最高液位值与超声波液位计7底部的超声波发送端之间的距离区域为超声波液位计7测试盲区，所述初始液位值、模拟液位值均小于最高液位值。超声波液位计7测试盲区根据超声波液位计7的安装位置的不同而不同。

图5所示为超声波原理测液位的示意图，超声波物位计的工作原理是由换能器（探头）发出高频超声波脉冲遇到被测介质表面被反射回来，部分反射回波被同一换能器接收，转换成电信号。超声波脉冲以声波速度传播，从发射到接收到超声波脉冲所需时间间隔与换能器到被测介质表面的距离成正比。此距离值S与声速C和传输时间T之间的关系可以用公式表示：

S=C * T/2；

液位H=量程-S，量程指超声波液位计7底部（超声波发送端）至罐底距离L1。

最高液位值与超声波液位计7底部的超声波发送端之间的距离区域为超声波液位计7测试盲区。液位进入该盲区，超声波液位计7将不能有效区分发射和接收信号,会导致测量结果异常。

本发明采用触摸屏8设置液位计测量参数,根据这些参数,用PLC驱动步进电机3带动容器内金属圆盘2作正向或反向运动,模拟液位的上升和下降。液位计发射的超声波遇到金属圆盘2后反射被液位计接收,实现用金属圆盘2模拟实际液位。同时,PLC通过RS232接口与液位计实时通信,液位计将测得的液位值传送给PLC,由PLC传输给触摸屏8显示。由于步进电机3的步进精度很高,可以实现0.02毫米的步进。因此相比于容器内注水或排水的方法测液位,本系统可以实现高精度液位值给定,低噪音,快速定位,并且不需要注入实际物料。

触摸屏8主要用来设置参数,如量程、测试盲区、模拟液位值、行进速度等,同时液位计测量结果也在触摸屏8上显示;根据触摸屏8设置的模拟液位值和量程,PLC自动计算到位位置与初始位置距离,初始初始为位置一般通过手动方式控制步进电机3到达罐底，然后按下触摸屏8上的“设置初始位置按钮”，即液位为0的位置，即认为罐底为初始位置。并发出对应数目的脉冲驱动步进电机3正转或反转到达设定位置.并在到达设定值后读取液位计的测量值,传输到触摸屏8显示。

在本实施例中，触摸屏8选用威纶通公司的TK6070I,PLC选用三菱公司FX3U,该PLC具有多通道高频脉冲输出,驱动步进电机3,且具有方向控制指令,方便自动控制。步进电机3选用海顿的直线步进电机3。参见图2，通过触摸屏8设置好相关参数,比如液位值,模拟液位（金属圆盘2）行进速度,量程值,盲区值等。PLC得到上述值后计算设定液位值与初始所在位置距离,根据步进电机驱动器5步进角的设置,步进角在步进电机驱动器5上设置，通过驱动器上步进设置开关的不同组合方式设置不同的步进值，从而计算需要发送给步进电机驱动器5的定位脉冲数,如果设定液位大于目前金属圆盘2实际位置,那么步进电机3正转;如果小于设定位置,步进电机3反转。金属圆盘2的行进速度由触摸屏8的设置参数决定。但是不能超过0.2m/S,否则将导致步进电机3失步。而且PLC要判断触摸屏8的盲区数值设置,盲区值由触摸屏8设置并传输给PLC，当按设定位置值要求金属圆盘2到达图1所示“最高液位”以上位置时即认为进入盲区，避免金属圆盘2位置超出设置的盲区位置,否则超声波液位计7将不能有效区分发射和接收信号,导致测量结果异常。模拟物料液位的金属圆盘2到达设定位置之后,PLC通过RS232串行口读取液位计所测得的液位值,和精确定位的设定位置值比较,可以得出液位计的测量准确度。并将这些结果在触摸屏8上显示。同时触摸屏8上有手动和自动按钮,自动情况下完成上述参数自动测量,手动时可以手动驱动步进电机3正转或反转,以设置初始位置值。由于步进电机3运行噪音很小,定位准确,快速,因此本系统相比注排水测试超声波液位计7方法,功能性和低噪音方面有较大提高。

本方法是专门针对超声波液位计7的模拟测试系统,适用于在没有实际液体或固体物料的情况下,模拟待测的液体或固体液位,测试超声波液位计7的功能特性。

Claims (9)

1.一种超声波液位计的模拟测试方法，其特征在于：采用了如下装置，该装置包括开口容器以及悬置在容器开口上方的超声波液位计，所述容器内设有液面模拟装置，所述容器的底面下端设有步进电机，所述步进电机的电机螺旋丝杆穿过容器的底面伸入容器内与容器内的液面模拟装置固定连接，所述步进电机与步进电机驱动器连接，所述步进电机驱动器与PLC模块连接，所述PLC模块分别与超声波液位计、触摸屏连接；

采用上述装置实现超声波液位计测量准确度的测试方法，包括以下步骤：

首先，在触摸屏上设置相关参数，包括初始液位值、模拟液位值、量程、步进电机行进速度，并传递给 PLC模块，通过触摸屏启动自动测试，PLC模块比较模拟液位值与初始液位值，计算两者的差值，根据差值正负确定步进电机旋转方向以及输出到步进电机的脉冲个数，步进电机根据设定的步进电机行进速度行进，待步进电机行进到位后，超声波液位计测量液面模拟装置的液位，PLC模块通过RS232接口读取超声波液位计的液位测量值与设定的模拟液位值进行比较，判断得出液位计的测量准确度，并传输到触摸屏显示。

2.根据权利要求1所述的超声波液位计的模拟测试方法，其特征在于：步进电机行进速度不能超过0.2m/S。

3.根据权利要求1或2所述的超声波液位计的模拟测试方法，其特征在于：所述步进电机采用直线步进电机。

4.根据权利要求1所述的超声波液位计的模拟测试方法，其特征在于：所述触摸屏上设有手动、自动转换按钮，用于控制PLC模块进行手动模式与自动模式之间的切换， PLC模块位于手动模式时，用于手动驱动步进电机正转或反转，用于设置液面模拟装置的初始液位位置，PLC模块位于自动模式时，用于自动完成超声波液位计测量准确度的测试。

5.根据权利要求1或4所述的超声波液位计的模拟测试方法，其特征在于：所述触摸屏采用型号为TK6070I的触摸屏。

6.根据权利要求1或4所述的超声波液位计的模拟测试方法，其特征在于：所述PLC模块采用型号为FX3U的PLC。

7.根据权利要求1所述的超声波液位计的模拟测试方法，其特征在于：所述液面模拟装置为一金属圆盘，该金属圆盘固定在步进电机的电机螺旋丝杆上。

8.根据权利要求7所述的超声波液位计的模拟测试方法，其特征在于：所述金属圆盘通过紧固螺母固定在步进电机的电机螺旋丝杆上。

9.根据权利要求1所述的超声波液位计的模拟测试方法，其特征在于：在触摸屏上设置的相关参数还包括最高液位值，最高液位值与超声波液位计底部的超声波发送端之间的距离区域为超声波液位计测试盲区，所述初始液位值、模拟液位值均小于最高液位值。