一种高精度自动取样校准超声波液位监测系统的制作方法

本发明涉及超声波液位检测领域，具体涉及一种高精度自动取样校准超声波液位监测系统。

背景技术：

目前市面上传统测量容器内液位的技术都比较落后，非接触技术测量容器内液位已经被广泛接受。随着市场对产品性能和稳定性的要求在不断的提高，利用超声波外贴非接触的方式，对容器内液位的状态进行实时高精度监测，在各种领域都有独特的优势和不可替代的作用。

目前超声波测量技术方案提高测量液位精度的方法，普遍采用温度补偿方式；针对测量不同密度的液体，采取逐一定期标定精度的方法。诸如公告号为cn203502085u中国发明所公开的一种超声波油量探测器，包括数据处理器和超声波油量传感器探头，所述数据处理器与超声波油量传感器探头通信连接；所述数据处理器包括mcu控制电路以及与mcu控制电路连接的电源电路；所述数据处理器还包括超声波采集电路和温度采集电路，该发明可对油箱内的油量高度进行测量，经过电路处理后输出标准电信号；超声波传感器外贴于油箱底部，不与油接触即可对油量实时检测；广泛应用于各类车辆的油量监控亦可以对船舶，发电机组，内燃机设备的燃油箱的油位实时精确监测，可以结合gps/gprs通讯技术，通过电脑软件管理平台，实现科学管理，但是目前的技术存在以下的缺点：

1、由于液体受温度、气压、容器材质等因素影响，温度补偿方式满足不了高精度的测量。

2、针对不同密度的液体测量，存在兼容性差，标定方式难，测量精度低问题。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种高精度自动取样校准超声波液位监测系统。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：一种高精度自动取样校准超声波液位监测系统，包括超声波探头、变送器、供电设备、容器和服务器平台，所述超声波探头包括取样探头和监测探头，所述变送器由传感器驱动电路、信号处理电路、无线通信模块、定位模块、输出接口电路、供电管理电路、单片机组成，所述供电设备包含外接直流电源和备用电池，所述服务器平台包括手持接收设备和远程监控云平台。

优选的，所述输出接口电路的接口包含rs232、rs485、4-20ma、模拟电压输出。

优选的，所述容器为存储液体的各种金属、塑料、玻璃等容器以及高温、高压密闭容器。

优选的，所述液体包括各种有毒物质﹑强酸﹑强碱、油、水及各种液体。

优选的，所述超声波探头安装方式包括圆柱立式容器安装方式、不规则容器安装方式、卧式容器安装方式和球式容器安装方式。

本发明所达到的有益效果是：

1、使用外贴非接触式超声波测量技术，当液体在不同温度、气压、容器等因素发生变化时，可以自动校准来确保液位的高精度测量。

2、使用外贴非接触式超声波测量技术，在测量不同密度的液体时，解决了兼容性差，标定方式难，测量精度低问题。

3、使用无线技术和定位技术，实现液位数据无线化，定点实时监控。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明一种高精度自动取样校准超声波液位监测系统工作原理示意图；

图2是本发明一种高精度自动取样校准超声波液位监测系统双探头高精度测量技术原理示意图；

图3是本发明一种高精度自动取样校准超声波液位监测系统中卧式容器安装示意图；

图4是本发明一种高精度自动取样校准超声波液位监测系统中球式容器安装示意图；

图5是本发明一种高精度自动取样校准超声波液位监测系统中圆柱立式容器安装示意图；

图6是本发明一种高精度自动取样校准超声波液位监测系统中不规则容器安装示意图；

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图1-图6所示，本实施例的一种高精度自动取样校准超声波液位监测系统，包括超声波探头、变送器、供电设备、容器和服务器平台，所述超声波探头包括取样探头和监测探头，所述变送器由传感器驱动电路、信号处理电路、无线通信模块、定位模块、输出接口电路、供电管理电路、单片机组成，所述供电设备包含外接直流电源和备用电池，所述服务器平台包括手持接收设备和远程监控云平台。

所述输出接口电路的接口包含rs232、rs485、4-20ma、模拟电压输出；所述容器为存储液体的各种金属、塑料、玻璃等容器以及高温、高压密闭容器；所述液体包括各种有毒物质﹑强酸﹑强碱、油、水及各种液体；所述取样探头用于对容器内的液体进行取样校准；所述监测探头用于对容器内的液体高度进行实时监测；所述传感器驱动电路用于驱动取样探头和监测探头工作；所述信号处理电路用于把传感器微弱的模拟信号转变为可被单片机识别的信号；所述定位模块用于定位变送器的地理位置，包括gps定位模块等；所述供电管理电路用于管理变送器的整个供电需求，反馈备用电池低压报警；所述单片机用于控制变送器中各部分电路的工作及数据处理；所述超声波探头安装方式包括圆柱立式容器安装方式、不规则容器安装方式、卧式容器安装方式和球式容器安装方式。

双探头高精度测量技术的安装要求及方式：

1、安装要求：取样探头需要满足取样距离保持不变并确认其距离值，而取样距离越长，同时取样的距离值越精确，则精度就越高；液体覆盖取样探头时会自动校准，优先安装于液体长时间覆盖处。

监测探头安装于容器底部，监测距离能实时反映容器内液体变化的高度。

2、安装举例：

(1)圆柱立式容器安装：如图5所示；

(2)不规则容器安装：如图6所示；

(3)卧式容器安装：如图3所示；

(4)球式容器安装：如图4所示；

双探头高精度测量技术原理(原理框图如图2所示)：

取样探头取样的距离保持不变，可确定距离值为常数s，取样探头通过超声波测距原理，可以检测出当前液体中超声波一个来回的时间t1，由此就可以计算出当时液体的传播速度v＝s/(t1/2)(除以2是因为超声波走了一个来回两个距离值)。取样探头确定出当前液体的传播速度v后，安装在底部的监测探头接着检测当前容器内液体高度的超声波来回时间t2，则当前容器内液体的高度值h＝v*(t2/2)。

由原理可知，此方法计算出的高度值是当时自动校准值，测量精度不受温度、气压、容器材质、液体密度等因素影响。

工作流程(流程图如图1所示)：

所述的高精度自动取样校准超声波液位监测系统的工作流程如下：

a.变送器上电，供电管理电路工作，单片机初始化开始；

b.单片机控制传感器驱动电路驱动取样探头工作；

c.取样探头的信号经过信号处理电路给到单片机；

d.单片机对取样信号进行判断计算，确定超声波在当时容器中液体的传播速度；

e.单片机控制传感器驱动电路驱动监测探头工作；

f.监测探头的信号经过信号处理电路给到单片机；

g.单片机对监测信号进行判断计算，确定超声波在当时容器中液体的传播时间；

h.单片机对确定的传播速度和传播时间进行分析处理，计算出当时容器内液体的高度数据；

i.供电管理电路反馈备用电池电压，单片机计算出备用电池电量数据；

j.根据协议要求，单片机控制输出接口电路，通过有线输出当时容器内液体的高度和电池电量等数据，同时监控输入数据判断；

k.根据协议要求，单片机控制无线通信模块，通过无线输出当时容器内液体的高度和电池电量等数据，同时监控接收数据判断；

l.工作步骤b到步骤k循环。

需要说明的是：本发明是采用外贴非接触式超声波测量技术，利用双探头测量技术实现自动取样校准，对容器内液位的状态进行实时高精度监测；使用外贴非接触式超声波测量技术，当液体在不同温度、气压、容器等因素发生变化时，可以自动校准来确保液位的高精度测量；使用外贴非接触式超声波测量技术，在测量不同密度的液体时，解决了兼容性差，标定方式难，测量精度低问题；使用无线技术和定位技术，实现液位数据无线化，定点实时监控。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。