CN202267514U - 一种超声波液位检测与控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及超声波液位检测与控制系统，包括控制器、超声波发射器、超声波接收器、显示器和温度检测电路。超声波发射器、超声波接收器、显示器和温度检测电路分别与控制器连接。本实用新型的温度检测电路可实时地测量环境温度并把该环境温度信号传输给控制器，控制器根据环境温度信号对超声波传播速度进行修正，有效地消除了环境温度变化对超声波传播速度的影响，提高了测量精度及可靠性。系统中采用的STC89C51型单片机作为主控制器，把直流电机PWM调速芯片应用到此系统中，使控制方法简便，应用范围增强，同时利用单片机设定距离值和控制信号，最终距离在显示器中显示出来，可以直观地查看，实现测距、显示和输出控制信号的功能。

Description

一种超声波液位检测与控制系统

技术领域

本实用新型涉及超声波液位测量仪表，具体涉及一种超声波液位检测与控制系统，其能用于测量腐蚀性、高粘性、易挥发性及有毒性液体的液位。

背景技术

对于特殊工况条件下(如接触式液位计难以测量的腐蚀性、高粘性、易挥发性及有毒性的液体)动态液位的检测问题，已成为石化企业能否实现生产自动化的关键所在。因为在石油炼制及石油化工行业中，腐蚀性、高粘性、易挥发性及有毒液体非常普遍，如重油、苯、甲苯等。

虽然市场上出现了各种液位测量仪表，而且新的液位检测方法也不断产生，但对于腐蚀性、高粘性和有毒性液体液位测量，传统的接触式液位测量仪表显得并不适用。随着传感技术和计算机技术的不断发展，超声波液位测量仪表在石油化工行业的应用也越来越多。例如，申请号为201020270062.1的中国实用新型专利，公开的一种超声波液位监控装置。超声波液位测量仪表对于这些普通仪表难于测量的液体的液位测量有其独到之处。通常应用于温度在-40℃～100℃之间、压力在3Bar（5kg/cm2）以下的场所进行液位或料位的测量。在常温、常压的情况下，选择超声波液位测量仪表测量液体液位是最佳的选择，具有工作可靠、安装简便、使用周期长、免维护的特点，并具有相对的价格优势。由于超声波液位测量仪表在测量物位时，与被测介质不接触，同时为全密闭防腐结构，因此对于粘稠的、腐蚀性的、浑浊的等各种液体的液位测量，效果最佳。

但由于声波在介质中传播的速度与温度有关，对于温度变化比较大的场合，现有技术的超声波液位测量仪表的测量精度受到很大影响，因此应用受到了许多制约，为了消除这种制约，很有必要根据环境温度对测量结果进行修正，以提高超声波液位测量的精度。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型提出了一种超声波液位检测与控制系统，其即使工作在温度变化比较大的场合，仍然具有测量精度高、可靠性高的特点。

为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案如下：

一种超声波液位检测与控制系统，包括控制器、超声波发射器、超声波接收器、显示器，超声波发射器、超声波接收器、显示器和温度检测电路分别与控制器连接。

优选的，所述超声波发射器由多谐振荡器和外围电子元件组成，电路设计简单，占地面积小。

优选的，所述超声波接收器由放大电路和比较电路组成。所述超声波接收器的信号通过放大电路和比较电路与控制器连接，能进一步提高本系统的测量精度。

优选的，所述控制器为单片机。所述单片机的型号为STC89C51。STC89C51具有小型化，成本低、运算精度高等特点。由于本系统中采用的STC89C51型单片机作为主控制器，把一种直流电机PWM调速芯片应用到此系统中，使得控制方法简便，应用范围增强，同时利用单片机设定距离值和控制信号。最终距离在显示器中显示出来，可以直观地查看，以便实现测距、显示和输出控制信号的功能。

优选的，所述显示器为液晶显示器。

本实用新型与现有技术相比，其有益效果在于：温度检测电路可实时地测量环境温度并把该环境温度信号传输给控制器，控制器根据环境温度信号对超声波传播速度进行修正，从而有效地消除了环境温度变化对超声波传播速度的影响，从而使测量误差进一步减少，提高了测量精度及可靠性。

附图说明

图1为本实用新型较佳实施例的超声波液位检测与控制系统的结构连接示意图。

其中，1、单片机；2、超声波发射器；3、超声波接收器；4、液晶显示器；5、温度检测电路。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本实用新型做进一步描述，以便于更清楚的理解本实用新型所要求保护的技术思想。

如图1所示，一种超声波液位检测与控制系统，包括单片机1、超声波发射器2、超声波接收器3、液晶显示器4以及温度检测电路5。本实施例的单片机1的型号为STC89C51。超声波发射器2、超声波接收器3、液晶显示器4和温度检测电路5分别与单片机1连接。

作为较佳实施方式，超声波发射器2由多谐振荡器和外围电子元件组成。

作为较佳实施方式，超声波接收器由放大电路和比较电路组成。

超声波发射器2、超声波接收器3、液晶显示器4和温度检测电路5的分别与单片机1连接。单片机1用于控制整个系统的运作。

超声波发射器2，用于向被测液面发射超声波。

超声波接收器3，用于接收从被测液面反射回来的超声波。

温度检测电路5用于实时地检测当前环境的环境温度，并把该环境温度的数据传输给单片机1。

液晶显示器4，用于展示单片机1输出的数据。

由于本系统中采用的STC89C51型单片机作为主控制器，把一种直流电机PWM调速芯片应用到此系统中，使得控制方法简便，应用范围增强，同时利用单片机设定距离值和控制信号。最终距离在显示器中显示出来，可以直观地查看，以便实现测距、显示和输出控制信号的功能。

本实施例的工作过程为：

单片机1控制超声波发射器2向被测液面发出40HZ的超声波信号，超声波接收器3将接收到被测液面反射回来的超声波信号，用放大电路和比较电路对超声波信号进行处理后，启动单片机1中断程序，测得时间为t，再由单片机1进行判别、计算，并将数据送至液晶显示器4。具体的，当第一个超声波脉冲发射后，单片机1的内部计数器开始计数，在检测到第一个回波脉冲的瞬间，内部计数器停止计数，计算出从发出超声波信号到接收到返回信号所用的时间，根据声波在被测环境中的速度，就可算出超声波发射器与反射物体的距离。利用温度检测电路5实时地测量环境温度，再根据单片机1内置的公式（利用最小二乘法得出实际值和测量值之间的补偿公式）修正当前环境中的超声波速度，从而使系统的测量误差进一步减小，从而计算出精确的距离，将所得数据送到液晶显示器4，液晶显示器4可直观地让管理人员对液位进行远程监控。其中，单片机1是整个系统的核心部件，协调各部分的工作。

进一步的，为了使本实施例的功能更完善，可对单片机1中的系统程序进行设计，该系统程序设计主要由主程序、超声波发生子程序、超声波接收中断程序及显示子程序组成。C语言程序有利于实现较复杂的算法，汇编语言程序则具有较高的效率且容易精细计算程序运行的时间，而该系统程序既有复杂的计算（计算距离时），又要求精细计算程序运行时间，所以控制程序可采用C语言和汇编语言混合编程。超声波液位检测和控制系统的算法设计是该系统的关键一环，超声波测距的原理为超声发射器在某一刻发出一个超声波信号，在启动超声波发射器的同时启动单片机内部计数器，在接到超声波反射波的同时，接收电路输出端产生一个负跳变，在单片机的INT0或INT1端产生一个中断请求信号，单片机响应外部中断请求，执行外部中断服务子程序，利用计数器的计数功能记录超声波发射至收到反射波的时间，读取时间差，计算距离。

本实施例有以下技术特点：(1)综合了计算机技术、传感技术和先进控制理论；(2)核心算法采用了最小二乘法，极大增强了系统的适应性、可靠性和易维护性，保证系统的长期优化运行；(3)非接触式超声波液位监测与控制系统能够通过定制适应不同应用需求；(4)该系统测量精度高，与被测物不直接接触，安装维护方便；(5)非接触式超声波液位监测与控制系统在特殊生产工况下控制精度可达到2mm；(6)可以实现远距离数据传输，具有自动报警功能；(7)全中文系统，具有控制操作、趋势显示、数据存储、报表打印、故障报警等功能；(8)低成本设计是该技术的优势之一。

此外，本实施例的单片机可用其他控制器替代；液晶显示器也可替换成触模式显示器等其他显示器。

对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种超声波液位检测与控制系统，包括控制器、超声波发射器、超声波接收器、显示器，超声波发射器、超声波接收器、显示器分别与控制器连接，其特征在于，该超声波液位检测与控制系统还包括温度检测电路，控制器还与温度检测电路连接。

2.如权利要求1所述的超声波液位检测与控制系统，其特征在于，所述超声波发射器由多谐振荡器和外围电子元件组成。

3.如权利要求1所述的超声波液位检测与控制系统，其特征在于，所述超声波接收器由放大电路和比较电路组成。

4.如权利要求1所述的超声波液位检测与控制系统，其特征在于，所述控制器为单片机。

5.如权利要求4所述的超声波液位检测与控制系统，其特征在于，所述单片机的型号为STC89C51。

6.如权利要求1所述的超声波液位检测与控制系统，其特征在于，所述显示器为液晶显示器。

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