常用液位检测方法的研究.pdf

常用液位检测方法的研究.pdf

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2009年第1期0引言液位的测量几乎遍及生产与生活的各个领域，尤其在工业生产过程领域，不但要求精度高，还需很好地适应工业现场的特殊环境，具有在恶劣环境下持续传感的能力，对液位测量提出了精确、实时、在线的要求。

随着科学技术与生产的迅速发展，液位自动检测领域出现了种类多样的测量手段，并且其功能越来越完善，各项性能指标越来越适用工业生产的要求。

1三种液位检测方法1,21.1超声波液位测量1.1.1检测原理超声波测量液位的方法很多，应用比较广泛的是脉冲回波法。

这种方法是从声波源发射声波，测量声波到达所测液面后反射回来所需时间，利用该时间与液位高度成比例的原理来进行测量。

通过不断检测超声波发射后遇到障碍物所反射的回波，从而测出发射和接收回波的时间，再根据介质中超声波的传播速度和换能器的安装高度，就可计算出液位的高度，如图1所示。

图1超声波液位测量原理1.1.2优缺点优点：

可实现非接触测量；可用于腐蚀性液体、高粘性液体、有毒性液体等液位的测量；响应时间短，可以方便地实现无滞后的实时测量；安装、维护较方便。

缺点：

此类方法必须用于能充分反射声波且传播声波的对象，因而不能用于真空对象，不宜用于含气泡和含固体颗粒的液体中；超声波的传播速度受介质的密度、压力、温度、浓度等因素影响，要实现较高的精度，需要对测量方法进行相对较复杂的改进，以排除超声波速度变化所带来的干扰；存在着盲区大、测量数据不稳定、精度易受环境干扰等问题。

1.1.3收发电路

（1）发射用超声波传感器的驱动电路。

其驱动方式有自激型和他激型，图2给出的是自激型运放振荡电路。

（2）超声波传感器接收电路。

超声波在传输过程中会产生能量的衰减，因此接收电路必须对接收到的微弱信号进行放大。

若增益不足时，可再增加一级放大。

图2激型运放振荡电路1.2激光液位测量激光是一种单色性、方向性极好且亮度极高的相干光。

由于激光具有高方向性、高单色性和高功率等优点，这些对于测远距离、判定目标方位、提高接收系统的信噪比、保证测量精度等都是很关键的，因此激光测距日益受到重视。

1.2.1检测原理能源技术与管理常用液位检测方法的研究贾丽，袁小平，陈烨，邓昆，张继森（中国矿业大学信电学院，江苏徐州221008）摘要介绍了几种目前在工业生产领域中比较新的液位检测方法，从测量原理、优缺点等方面做出了分析和比较，给出了典型的测量电路，并指出了液位检测的发展趋势。

关键词液位检测；原理；优缺点；测量电路；发展趋势中图分类号TM930.1文献标识码B文章编号1672蛳9943（2009）01蛳0120蛳031202009年第1期贾丽，等常用液位检测方法的研究激光测距的方法很多，主要有脉冲法、相位法等。

下面主要介绍脉冲法。

激光脉冲法测量液位的原理类似于超声波法。

激光发射头发出激光脉冲到被测液面，反射或散射回来的激光脉冲被激光器接收端所接收。

假设光脉冲在发射点与被测液面来回一次所经历的时间为t，那么液面高度即为：

h=ct/2，式中，c为光速。

1.2.2优缺点优点：

安全防爆；无活动部件，维护较方便简单；系统抗干扰性强；价格相对较低。

不足之处在于其光学镜头容易受到污染，影响测量结果。

1.2.3收发电路激光脉冲发生电路如图3所示。

TRIGER为微处理器发出的激光发射启动信号。

通过TRIGER高低电平来控制C2的充放电，放电时激光器LD便可发出光脉冲。

光脉冲在传输过程中也会发生衰减，因此在接收端必须对光信号进行放大。

图3激光脉冲发生电路1.3光纤液位测量1.3.1检测原理光纤液位检测是近年来出现的一种新技术，目前国内外已有不少产品问世。

就目前国内外已公开的这类液体检测传感器来看，其所采用的具体方法各不相同，但就其检测原理而言，检测机构中一般由输入光纤束、输出光纤束、光电转换器、传感器壳体组成，根据光导纤维中光在不同介质中传输特性的改变对液位进行测量。

光纤液位传感器组成：

接触液体后光反射量的检测器件即光敏感元件；传输光信号的双芯光纤；发光、受光和信号处理的接收装置。

光纤液位传感器的基本结构如图4所示。

光纤液位传感器的工作原理如图5所示。

发光器件射出来的光通过传输光纤送到敏感元件，在敏感元件的球面上，有一部分光透过，而其余的光被反射回来。

当容器中没有液体时，透射光量和反射光量一定；当容器中有液体，且敏感元件与液体相接触时，与空气接触相比，球面部的光透射量增大，而反射量减少。

因此，由反射光量即可知道敏感元件是否接触液体或液位的高低。

反射光量决定于敏感元件玻璃的折射率和被测定物质的折射率。

被测物质的折射率越大，反射光量越小。

测量液位时，在装有液体的槽内，将敏感元件安装在液面下预定检测的高度，当液面低于这一高度时，从敏感元件产生的反射光量就增加，根据信号的变化，来确定液面的位置。

图4光纤液位传感器结构图6光纤液位传感器工作原理1.3.2优缺点优点：

安全防爆、准确度高、可远距离传输、不怕腐蚀、抗电磁干扰；体积小、重量轻、无动作部件；大多可适用于任何液体液位高度的检测与控制，特别适用于易燃、易爆、腐蚀性液体的检测；检测精度高，在静态下检测精度可达1mm。

缺点：

有很多机械传动部件，故障率会增加，安装也复杂；由于其接触的测量方式、发展尚未成熟和较高的安装、维护要求导致市场普及不广。

1.3.3收发电路发射电路如图6所示。

LM317T是三端可调正稳压集成电路，使用广泛且简单。

接收端主要由光电检测器、前置放大器、主放大器以及滤波电路组成。

光检测器将光纤传来的微弱光信号转换成电流信号，并通过一个低噪声的前置放大器将其转换成为电压信号。

紧随其后的主放大器将前置放大器输出的电压小信号放1212009年第1期（上接第117页）授权并由专人负责，登记日志。

建立健全数据备份制度，核心程序及数据要严格保密，实行专人保管。

2.5加强煤矿职工安全意识教育网络安全，是一个系统工程，除了采取必要的技术手段和管理制度外，煤矿职工和网络管理人员的素质非常重要。

技术要通过人去掌握和实施，制度要人去执行和遵守。

因此，要经常加强对全体职工和各级网络管理人员的安全意识教育，使他们自觉遵守和执行安全制度、安全操作规程和安全技术规范措施。

要教育全体职工自觉遵守和执行国家有关安全保密的各种政策和本单位安全保密以及网络运行、使用的有关安全制度，养成良好的网络行为规范。

网络安全是人们非常关注而又非常棘手的问题。

安全是相对的。

重要的是，我们在思想上要认识到安全的重要性，要有资金投入，要有防范措施。

这样，就可以使不安全的事故尽可能的减少。

作者简介赵阶培（1976-），男，助理工程师，1997年毕业于徐州工业学院机电专业，2001年毕业于中国矿业大学电子商务专业，现工作于徐州矿务集团垞城矿通计中心。

收稿日期：

2008-08-12大，再通过滤波器滤掉其中的高频信号，然后就可以进行数据采集及处理。

在对微弱的光信号进行放大时，若采用一般放大器，则其本身会引入较高的噪声，再经后一级放大器，则信噪比不会得到改善。

而AD620的噪声很小，可以克服上述问题，因此常被用作光电检测器的前置运算放大器。

图6发射电路2三种方法的比较三种方法比较如表1所示。

表1三种方法的比较从表1可以很清楚的比较出三种方法的优劣。

在测量精度方面，超声波法显示出其优势，但从安全性角度看，特别是这些方法应用在易燃易爆环境下的液位检测时，激光法和光纤法则凸显出其优势，由于这两种方法都是利用光信号传输，因此具有很好的抗电磁干扰。

但是这两种方法安装维护较为困难，并且光纤法现在还处于发展阶段，尚未成熟，成本也较高。

不过，随着科技的进步，将具有广泛的应用前景。

3液位检测的发展趋势随着科技的进步，传感器日新月异，正朝着智能化、小型化的方向发展，并出现了更多新型的传感器，这些传感技术应用在液位测量领域必将带来液位测量方法的进一步发展，使液位测量更趋向数字化、智能化，实现实时、在线、高精度、高准确度的测量3。

在液位测量领域内广泛应用微处理器，实现故障诊断和报警，以提高测量的精确度、可靠性、安全性和多功能化。

以后的液位测量技术还将更注重与国际接轨，向人工智能化、微机化、小型化方向发展。

参考文献1王海峰，唐得刚，高瑞泽.浅析大罐液位在线检测的几种方法J.中国仪器仪表，2004,（6）.2赵刚，唐得刚.几种常用的液位在线检测方法的比较J.中国仪器仪表，2005,（5）.3李丽宏，谢克明.液位自动检测的现状与发展J.太原理工大学学报，2001,（7）32（4）.作者简介贾丽（1984-），中国矿业大学信电学院通信与信息系硕士研究生。

收稿日期：

2008-08-30超声波法激光法光纤法传播速度声速（常温下）光速光速影响因素传播介质的密度、压力、温度、浓度等液体蒸汽液体蒸汽一次仪表是否带电带电不带电不带电精确度小于1mm1.5mm1mm测量距离几十米几百米几十米安装易难难能源技术与管理122