CN1055599A - 超声测温方法及超声水温仪 - Google Patents

Abstract

本发明包括一种超声测量水温的方法和一种实 现该方法的超声水温仪，其特征是根据超声波在淡水 中传播时，在压力影响可以忽略不计的情况下，其传 播速度与温度有确定关系这一基本规律，通过向被测 水体发射一定频率的超声脉冲波，并使之在定距离内 多次反射，测出设定反射次数所经历的时间，求得超 声波的传播速度，即可得到被测水体的温度。本发明 具有实时显示、精度高、使用简便、应用面广等特点， 并可作为无人值守的测温仪器，是液体温度测量特别 是水温测量的理想设备。

Description

本发明属于量测技术领域。

目前，江河、湖泊及水库的水温的测量主要是利用水银温度计测量，测量的方法是将水银温度计放在水体中的被测点，待温度计稳定一定时间后，将温度计提出水面读数，即得被测点的温度。由于从测点提出水面有时间的延误，故测量精度受到影响，对于大量的测点，这种方法费时费力。另外，还有一种利用半导体热敏元件测量水体温度的方法，由于测量精度低，用得较少。

本发明根据水温测量的需要，提供一种利用超声脉冲测量水体温度的方法及一种实现该方法的超声水温仪。采用本技术配合相应的传感器也可适用于其它液体温度的测量。

本发明的技术关键，是在于超声波在淡水中传播时，在压力影响可以忽略的情况下，其传播速度与水温有确定的关系，我们利用这一规律，实现在定距离内测量超声波传播速度，从而实时测得该点的水温。

为实现上述方法，本发明研制了超声水温仪，该仪器由超声传感器，二次仪表和数据处理部分组成。超声传感器有两个极板，一块极板上装有发射和接收探头，该探头的发射和接收可以是兼用的，也可以是不兼用的，另一块极板是反射极板，二极板之间的距离为定值，整个传感器用屏蔽罩罩住，屏蔽罩上开有若干孔口，让水进入传感器。二次仪表由发射电路、接收电路、放大电路、检波电路、计数控制电路、晶体振荡电路、同步电路组成，发射电路用于激发晶片发射超声脉冲波，超声波的频率为一定范围内的定值。接收电路接收从接收探头反馈的超声脉冲波，放大电路和检波电路对发射波和反射波进行放大和检波，晶体振荡电路用于产生一定范围的某一频率稳定的信号，用来作为计时之用。计数控制电路有两个作用，一个作用是对回波的计数，另一个是控制计数电路开关门的时间，并将计下的波数输入数据处理部分。同步电路产生同步信号，用于协调仪器各部分电路按予定的时序工作。数据处理部分包括数据处理电路和温度显示器。数据处理电路中有一个用于固化温度与信号波数关系曲线的Eprom数据模块，当信号波数输入数据处理电路时，自动查对Eprom模块中的温度与信号波数的关系曲线，将温度值送入温度显示器。温度显示器直观显示温度值。

本发明是以下述方式完成发明任务的：将超声传感器浸入被测水体里的被测点，同步电路输出同步信号，发射电路激发超声传感器发射超声脉冲，发射超声脉冲的同时，启动控制电路，打开计数门，让晶体振荡电路产生的高频计时信号波进入计数控制电路，计数控制电路里有回波计数器和信号波计数器，分别对回波和信号波进行计数。超声传感器发射的超声脉冲波在传感器的两个极板间多次反射，以提高测量精度，反射回波通过接收电路进入放大电路放大，放大电路采用按自动时间增益的方式对回波放大，这样可避免一、二次回波连成一片，产生误操作和误计数，又可以保证多次反射后的回波有足够的幅度。经放大后的回波进入检波电路检波，去掉负向波，整成方波后进入计数控制电路计数，当回波达到设定的反射次数时，回波计数器和信号波计数器同时关闭，然后将信号波计数器记录的信号波数传入数据处理电路，数据处理电路里有一个Eprom模块，固化了温度与信号波数的关系曲线，通过查对温度与信号波数的关系，即可得到被测点的温度，将温度值传入温度显示器，即可直观读出温度值。

从原理上可以分析，在淡水中，当压力的影响可以忽略不计时，超声波的传播速度仅与液体温度有关，只要得到超声波的传播速度，即可得到温度值。由于传感器两极板间的距离为一定值l，反射次数是一个设定值n，那么，回波反射n次所运行的总距L-ln，晶体振荡电路产生的信号波的频率是一定值H，回波n次内信号波数为N，那么时间为t-N/H，超声波的传播速度V＝L/t＝lnH/N，只要知道N，即可得到V，从这一原理出发，Eprom固化了温度T与N的关系曲线。

本发明所述的超声测温方法及超声测温仪，具有实时显示、精确度高、使用简便、应用面广等特点，并可作为无人值守的测温仪器，是液体温度测量特别是水温测量的理想设备。

下面结合附图作进一步说明。

附图一是本发明所述方法的一个实施例，用于水温测量的超声水温仪。

图中：1.发射电路

2.接收电路

3.放大电路

4.检波电路

5.计数控制电路

6.晶体振荡电路

7.数据处理电路

8.数码管温度显示器

9.同步电路

10.传感器

将传感器放入水中被测点，启动电源，同步电路[9]即产生同步工作信号，仪器各部分按予定的时序工作，发射电路[1]采用可控硅发射，激发超声传感器[10]发射5MHz的超声脉冲波，超声传感器[10]二极板间的距离为200mm，回波的反射次数设定为5次，晶体振荡电路[6]产生的信号波频率为10MHz。在同步信号的协调下，计数控制电路[5]启动，打开回波计数器和信号波计数器，分别对回波和信号波计数，接收电路[2]接收的回波信号经放大、检波进入计数控制电路，当第五次回波到计数控制电路时，回波计数器和信号波计数器立即自动关闭，并将信号波数传给数据处理电路[7]，数据处理电路[7]自动查对温度与信号波数的关系，将温度值传入数码管温度显示器，直观读得被测点的温度。

由于水温与信号波数的关系成抛物线状，在73℃时曲线转折，且在73℃附近曲线平缓，测量误差较大，根据这一特点和水温测量的需要，Eprom模块中固化了0.1～55℃的水温与信号波数的关系曲线，故该测温的测温范围为0.1～55℃，在此范围内，误差小于0.1℃。

本发明也可用来测量其它液体的温度，对于其它液体，温度与信号波数的关系具有单向性，故测量范围较大，精度也较高。

Claims (7)

1、一种利用超声脉冲波在淡水中传播时，在压力影响可以忽略不计的情况下，其传播速度与水温有确定关系这一基本规律测定水温的新方法，其特征在于：通过向被测水体发射一定频率的超声脉冲波，并使之在定距离内多次反射，测出设定反射次数所经历的时间，求得超声波的传播速度，即可得到被测水体的温度。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的方法是通过向被测水体发射高频超声脉冲波，并使之在定距内多次反射，在设定的反射次数内借助另一高频计时信号波计数，查对事先标定的温度与信号波数的关系曲线频，即可得到被测水体的温度。

3、一种实现上述权利要求1、2所述方法测量水温的超声水温仪，由超声传感器[10]，二次仪表和数据处理部分组成，其特征在于：

所述的超声传感器由两个极板组成，在一块极板上装有一超声探头，发射超声脉冲和接收反射脉冲，另一块极板是反射极板，二极板之间的距离为定值，整个传感器用屏蔽罩罩住;

所述的二次仪表由发射电路[1]，接收电路[2]，放大电路[3]，检波电路[4]，计数控制电路[5]，晶体振荡电路[6]，同步电路[9]组成;

所述的数据处理部分由数据处理电路[7]和温度显示[8]组成;

4、根据权利要求3所述的超声水温仪，其特征在于所述的发射和接收探头作为一个整体，发射和接收兼用。

5、根据权利要求3或4所述的超声水温仪，其特征在于：放大电路[3]对反射回波采用按自动时间增益的方式放大。

6、根据权利要求3或4所述的超声水温仪，其特征在于数据处理电路[7]内，用一个Eprom数据模块固化着温度与信号波数的关系曲线。

7、根据权利要求5所述的超声水温仪，其特征在于数据处理电路[7]里用一个Eprom数据模块固化着温度与信号波数的关系曲线。

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