超声液位传感器的实验研究.pdfVIP

弗六届奎田高等学校帕理宴／／t-教学叶耐会论点曩(下) 超声液位传感器的实验研究 曾苗苗，王娟娟，刘维 首都师范大学物理乐，北京100048 摘要：目前采用的液位剥量方法大多是接触测量，这种方法存在着污杂液体，刹量范 围小等缺点，针对这个问题，本支根据超声测距原理和虚招仪器技术，实现7具有非接触式 测量和温度补偿功能的泣位测量系统．从而使谊系统的测量精度达到毫米量级．适用于医院 输凌瓶内泣位的测量和报警．同时通过鱼群模拟探驯实验，得到随着鱼数增多，输出电压的 幅值线性战小的鲒论，这为谊系统用于其它环境的检a4彳rT基础． 关键词：超声渣位月4量，虚拟仪嚣．温度补偿，鱼群探测实验 1 引言 目前有很多用于测量液位的方法．传统的测量方法有釉：重(压力)传感器，世是当液体 所赴环境不足规则的形状时，称重法中重箭与液位高度之问的关系不易确定。此外还可以利 J{j光学传感器实现测量，这种方法精确，佃是要求较高的系统稳定性和液体透明度。现在最 新测毓液位的方法有磁致伸缩法．核辐射法，光线传感器法及雷达法等，但姓这些方{去所需 装置复热，制作成本高．日前只能It于研究阶段。 超声法Ⅻ0渡位“’是一种传统而且操作简单、实刚的非接触测量方法，它不受光线、勘 色、被测物质的性质以及屯磁场的影响．在恶劣的测试环境中有一定的适麻能力。选种方法 实现了1F接触式测蛀，即不用与液体接触就能发射与接收液面信号．圳于后驯处理，既保持 了液体的清洁tX不至于引A其它杂艘信号。此外超声法测液位还具有可拓展性，可川丁水 库濉位，油罐，鱼塘等的液能检删。 2 基于超声法的液位溺4试系统 2．1超声法测量液位的工作原理 超声波液位传感器是利用压电品体的谐振进 行工作。传感器有2个压电品片，当其两极外加 脉冲信号．频率等于压电晶片的周有振游频率奉 实验为40kHz)时．压电品片将会发生北振。产生 超声波。如果两极阃不加吧乐．当压电品H接收 到超声波时，声波将迫使压电品片振动，机械能 转换为电能．成为超声”’传感器。测距原理如图1 黼1超卢法删距原理圈 所示。超声波从发射到被接收经过的路程为2s， 而S=VT／2，其中T为超声波从发射到接受所Hj时问V为超声波传襦速度，因此液位高度为 d：正丁_7，由丁a“S．所以d鸪：v他。通过单片机米测岳所用Dt间，域终应Ⅲ上式计 算液位高度。 2．2实验装置和涓量系统 作者简介：曹苗苗(1987一)，女，安擞，首都师范大擘物理系光电信息专业2007虹拳科生． 通信作者：刘维(1985一)，士，北享。首都师范太擘物理系刮教授，博士，研究方向为应 net 用光荦．E-mail：1wei263@263 、t I t I i 函 圉·圜·园·曰·园 第六届套国高等学校物理实跨教学矸讨套论文集(下) 奉系统偏差主噩来{J《|丁超声波探头安装位援的影响和由丁液体重甘造成的瓶于形变影 响。超声波探头删量时必颁垂直丁探驯物表咖，阿个探头z问安装问龋必颁能够保TlE第一个 探头发…的超声波经反射的同波Hu好能被第二个探头充分接收，否!_l|．容易造』J兑洲带设差增 人。此外，时fIJ蜓逃也会造成一定谋蓐。由十删姑距离越匠．回波的卢强也越弱，通常只有 几个到几十个毫伏，难以准确驯砒。 针对这些碳差来弹我们可咀通过多次实验确定两个探头的昂住距离，找到最佳的安裟位 置。同时可通过提高发射端变压器的变压比米提高声强，从而减小误差。 3 基于虚拟仪器技术”1的系统改进的考虑 为¨{嚷小系统的温度效应，将虚拟仪器技术引入测试系统。删件以PCI．6250数据采集 }为主．软件部分使川酬形式编程J具Labview，实现测距刊修正实验过捌的控制和操作界 面的制作。液忙监测系统包括超卢波传感器、数据采集k、琏接模块和PC机。“台式计 算机为主体．插入相应的DAQ数据采集l，通过连接模块‘