储油罐超声液位测量装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术是储油罐超声液位测量装置，它解决了传统超声液位仪测量精度低，测试不方便的问题，本装置在油罐底部安装一低频换能器和一高频换能器，利用两者超声波传播的时间差测量液位高度，使测量不受罐底厚度及水等沉积物的影响，测量精度高，此装置可用于石油、化工部门测试易燃、易爆、有毒、有腐蚀性的液位高度。（*该技术在2006年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及油罐液位测量，属于计量检测类产品。在炼油厂、油库、化工厂、石油公司等单位，常常需要对油罐的液位进行测量。储油罐超声液位测量装置主要由换能器和二次仪表组成。上海自动化仪表五厂生产了一种YCS型数字式超声波液位计，它的目的是利用超声波非接触测量所具有的简便安全的优异特性，去测量易燃、易爆、有毒、有腐蚀性的液体的液位高度，构成是把一换能器装在容器底部，在仪器产生信号激励换能器发射超声波的同时，令仪器内的计数器开始计数，当超声波经液面反射回到换能器时，换能器将回波信号转换成电信号，此信号经处理后关闭计数器，这样就测出声脉冲从发射到接收所需的时间，根据液体中声波传播的速度，就可确定液位高度，其不足之处是不能测量超声波在容器底壁的往返传播时间，在油罐底部有沉积污物时，测量精度进一步降低。本技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种测量精度高、安装使用方便的储油罐超声液位测量装置。本实用型的目的可以通过以下技术方案来达到本技术包括换能器、及二次仪表，换能器和二次仪表之间用高频电缆连接，二次仪表包括信号发生器，连接信号发生器的放大电路，连接放大电路的整形电路，连接单片机的计数器，连接整形电路、信号发生器及计数器的单片机系统，连接放大器输入端的电子门，一端连接换能器，另一端连接信号发生器及放大电路的继电器、，其特征是在储油罐底部平行地安装一低频换能器和一高频换能器；信号发生器由两个单稳态触发器和功率放大电路组成，两个单稳态触发器分由单片机的P1口的P1.0位和P1.1位控制触发，单稳态触发器输出的脉冲宽度由外接的电阻、电容决定，其输出的脉冲经二极管到达功率放大电路，该电路输出的脉冲信号经继电器或激发换能器或。本技术利用超声波测量油罐液位的根据是因超声波的传播距离H由其传播时间T和传播速度C决定，即H＝CT (1)可见，对于任何形状的油罐，只要精确地测出超声波在液体中的传播时间和传播速度，就可确定罐内储油的高度H。超声波在介质中传播时，其信号衰减与频率成正比，即频率越低，信号衰减越小；频率越高，信号衰减越快。故低频换能器1用于测量从换能器安装点(测量基准点)到油一气界面的大距离H1H1＝(Csts+Cwtw+Coto)/2 (2)(2)式中 Cs超声波在罐底壁中的传播速度ts超声波在罐底壁中的往返传播时间cw超声波在水中传播速度tw超声波在水中的往返传播时间co超声波在油中的传播速度to超声波在油中的往返传播时间一般高频超声换能器的测量盲区比较小，故高频换能器2用于测量从测量基准点到油—水界面的小距离H2H2＝(Csts+Cwtw)/2 (3)(3)式中Cs、ts、Cw、tw所代表的意义与(2)式相同，这样罐内所装石油产品的液位高H为H＝H1-H2＝(Coto)/2(4)因为低频换能器1测得的时间t1由下式决定t1＝ts+tw+to(5)高频换能器2测得的时间t2由下式决定t2＝ts+tw(6)所以(4)式可变换为H＝coto/2＝co(t1-t2)/2(7)由(7)式可以看出，只要精确地测量两个换能器超声波的往返传播时间，根据石油产品中超声波传播速度，就可计算出油罐中的液位，亦即测量油罐液位不受具体油罐的底板厚度、水面高度以及沉积污物等的影响。附图的图面的说明如下；附图说明图1为储油罐超声液位测量装置示意图图2为装置的系统组成框图图3为装置的信号发生和放大电路图图4为装置的信号整形电路图图5为单片机控制系统图图6为装置的控制软件流程图图中1.低频换能器2.高频换能器3.二次仪表4.油罐底壁 5. 信号发生器 6.放大电路 7.整形电路8.计数器 9. 8031单片机系统 10.继电器 11.继电器12.电子门 13.晶体振荡器以下结合附图详细说明本技术装置的细节及工作情况。两个超声换能器采用价格低廉、性能稳定的压电陶磁换能器，换能器安装在被测油罐的底部外壁，用油脂作耦合剂，这样可以排除罐壁与换能器之间的空气，使换能器与油罐底壁很好的耦合，换能器和二次仪表之间用高频电缆连接。二次仪表由信号发生器5、放大电路6、整形电路7、和单片机9等组成。为了提高计数频率，减少计时误差，不采用单片机内部的计数器，而在单片机外接计数器8。单片机采用8031单片机，由74LS373、EPROM2732等组成最小应用系统，外接一片8155可编程I/O口。计数器8采用计数频率为10MHZ的8254。电子门采用4066双向开关，继电器10.11采用北京光电器件厂生产的GJ固体继电器。低频换能器1的谐振率为100KHZ，其最大测量范围为15m，测量盲区≤35cm，高频换能器2的谐振频率为2MHZ，其测量盲区≤5mm。换能器的触发脉冲由信号发生器提供，信号发生器由两个74LS122单稳态触发器和功率放大电路组成，其工作状况由单片机p1口的p1.0和p1.1位控制。当其中一位发出正向脉冲(由低到高)时，对应的触发器发出一定宽度的脉冲，其脉宽由触发器外接电阻和电容决定。经功率放大后，输出脉冲信号电压幅值为25V。高频换能器超声波往返时间t2是这样测量的单片机先控制闭合通往高频换能器的继电器10(p1.2位控制)，断开通往低频换能器的继电器11(p1.3位控制)，同时断开通往放大电路的电子门12(p1.4位控制)。然后由单片机(p1.0位)发出一脉冲控制信号，触发信号发生器，使之发出脉宽为0.25us的矩形脉冲，单片机在发出脉冲控制信号的同时，启动计数器8。经过2us的延时后，单片机控制开启电子门12。高频换能器在脉冲激励下，发出频率为2MHZ的超声波，超声波到达罐底内表面与液体分界面时，一部分以回波的形式返回换能器，另一部分则透过界面继续往前传播。高频换能器在收到油罐底壁与液体分界面返回的回波信号后，将其转换为电信号，信号通过电子门12到达信号放大电路6，放大电路采用超低漂移运算放大器F7650，经两级放大后，其放大倍数可达80-120db，放大后的信号进入整形电路7，整形电路用两级运放组成分压式双向限幅电路，其目的是将放大后幅值不同的信号整形为正负脉宽基本相等、幅值相同的矩形脉冲，以适合单片机控制需要，为提高整形效果，本技术选用了转换速率高(13v/us)的双运放LF353，整形后的信号到达单片机INTO位，引起单片机中断，单片机中断后，读取计数器8中的数据，这时测得的时间即为超声波在罐底中的往返传播时间ts。在一部分超声波信号透过罐底壁与液体分界面进入液体中传播时，如果罐底沉积有水，信号在到达水一油分界面时，同样会有回波信号返回换能器，此信号经放大整形后，由单片机中断读取计数器中的数据，这时测得的时间即是由ts和水中超声波往返传播时间tw组成的t2。如果罐底没有水，即高频换能器在一定时间内收不到水-油回波信号时，单片机将第一次读取的数值作为t2，这时即有ts＝t2。在t2测量完成后，系统开始测量从换能器安装点(测量参考点)到油-气界面的超声波往返传播时间t1。单片机先初始化计数器8，并控制闭合继电器11，断开继电器10(p1.2位控制)和电子门12，接着触发信号发生器5(p1.1位控制)，使之发出脉宽为5us的矩形脉冲。同时，启动计数器开始计数。由于低频换能器的测量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种储油罐超声液位测量装置，它包括换能器［１］、［２］及二次仪表［３］，换能器和二次仪表之间用高频电缆连接，二次仪表［３］包括信号发生器［５］，连接信号发生器的放大电路［６］，连接放大电路的整形电路［７］，连接单片机的计数器［８］，连接整形电路、信号发生器及计数器的单片机系统［９］，连接放大器输入端的电子门［１２］，一端连接换能器，另一端连接信号发生器及放大电路的继电器［１０］、［１１］其特征是在储油罐底部平行地安装一低频换能器［１］和一高频换能器［２］；信号发生器［５］由两个单稳态触发器和功率放大电路组成，两个单稳态触发器分别由单片机的Ｐ１口的Ｐ１．０位和Ｐ１．１位控制触发，单稳态触发器输出的脉冲宽度由外接的电阻、电容决定，其输出的脉冲经二极管到达功率放大电路，该电路输出的脉冲信号经继电器［１０］或［１１］激发换能器［２］或［１］。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘伟华，涂亚庆，李建树，
申请(专利权)人：中国人民解放军后勤工程学院，
类型：实用新型
国别省市：85[中国|重庆]