超声波雷达液位计毕业论文

近年来,为增强石油行业在激烈的市场竞争中调节市场和抵榔风险的能力，储油罐的容量和数量不断增加，已相继出现5×10000m�0�6、10×10000m�0�6的大罐。这些大罐的出现对于液位监测提出了更高的要求。本文以库部(库尔勒一部善)输油管道部善外运油库中四座5×10000m�0�6油罐为倒，介绍其雷达液位计的应用。 目前，常用的油罐液位监测系统有：浮子式液位计、差压式液位计、电容式液位计、超声波液位计和雷达液位计等。都善外运油库采用的是873型智能雷达液位监测系统，它分别安装在四座大罐上。该仪表测量系统天线和天线单元(AU)设在罐顶．而且远离液面不与液面接触。控制单元(cu)设在罐外地面。通讯接口单元(CIU)和协议转换接口(MODBUS CIU)设在控制室内。该仪表除可以测量液位外．还可通过Ptl00热电阻测量油温。液位、油温就地显示并远传至控制室。系统具有网络接口，可联入管道自动化系统SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)，大大提高了罐区自动化和整个管道自动化水平。2 系统基本结构 Enraf系列雷达液位计主要对液位和介质温度监测。它采用模块化设计，具有多种功能模块供用户根据自己需有选择，如：液位数字输出(APU)、液位模拟输出(MPU 4～20mA)、点温测量(TPU)、平均温度测量(MPU)、压力测量(OPU)等。由于雷达采用的是微波，对介质的要求比较宽泛，因此它可应用于沥青、燃料油、原油、黑色产品、白色产品、LPG／LNG的测量。它适用于多种罐体，如固定罐、浮顶罐、压力罐。其液位测量精度小于±1mm，分辨率为，模拟输出±％FS(可选)，温度测量精度为±℃。 外运油库四座大罐安装的是四台873Smart Radar智能雷达监测系统。其天线和天线单元(AU)通过法兰连接到罐内的带孔钢管上。控制单元(cu)安装在罐外地面上．它通过四线制为Au提供电源并接收AU传回的液位信号。同时它还接收来自Ptl00的温度信号。这两个参数经CU转化后．通过Enraf自己的现场总线传送至CIU，又通过MODBUS的协议转化并入SCADA系统。整个系统采用分布式设计．系统性能稳定可靠，传输快捷准确，实现了罐区自动化和整个管道的自动化。873型雷达液位计的系统组件873型雷达液位计按功能可分为三部分：测量部分(Au)，控制部分(CU)和通讯部分(CIU和MODBUS)。这三部分构成了雷达液位监测系统。雷达液位计的测量部分和控制部分均采用IP65工业现场防护等级，防爆等级为：EEx dIIB T6，工作温度最高达+65℃ ，最低温度达一40℃ ，工作压力一0．048～+。3．1 测量部分天线和天线单元构成了雷达液位计的测量部分件。雷达液位计液位测量的精度完全依赖于它，它完成了雷达渡的发射和接收，通过内部固化的SEEPROM程序计算出罐位信号，并传送到控制单元。Enraf公司采用平面天线技术PAT(Planar Antenna Technology)．它具有多个发射源，使其反射波信号纯度高．提高了测量精度。 天线单元采用四线制接线，两根为电源线(15～18Vdc)，另两根为信号线(0～5V)。其内有两块功能模板HFB(High Frequency Board)和DAB(Data Acquisition Board)。 用于液位测量的雷达披一般采用高频(9．15—10．85GHz)电磁波。由于油罐相对来说高度不大，测量其发射波和反射波的时间差几乎不可能。雷达液位计一改传统的脉冲雷达(PR)，采用合成脉冲雷达波(SPR)，通过测量发射波和反射波的频率差来计算雷达波传输的距离。 通过频差校正提高了测量的稳定度和精度。3．2 控制部分控制单元(CU)采用了模块化设计。它提供了一个框架，其内的模板包含基本模板和可选模板。基本模板包含电源模板(GPU)和传输模板(XPUII)；可选模板包含天线处理模板(APU)和测温模板(TPU)。GPU、APU和TPU均可与其他罐的相应模板互换。XPU与罐的自身特性有关，必须在拔掉模板上的EPROM才可用其他模板替换。 控制单元对接收的液位、温度信号调理，就地液晶显示并远传至控制室。另外它提供了一个光通讯口，可用手操器(PET)就地现场调试。3．3 通讯部分 通讯部分包括CIU和M0DBUS。这两块模板集成在控制室的壁柜内，完成现场设备通讯和系统通讯任务。 CIU有3对现场总线，每对现场总线可下挂10台雷达液位计，而且CIU 也可通过MODEM 扩展。整个系统具有丰富的扩展能力，可满足用户的需要，也提高了集中管理的水平。MODBUS具有集中显示(可显示30台)和协议转化(内置转化程序BEAD CT1)的功能。安装了相应软件的上位机可以以RTU 的模式向现场设备请求数据。通过工业标准的MODBUS协议，整个系统具有了网络功能。在郡善外运油库中，把雷达液位计系统通过数字桥等网络设备并入SCADA系统的Ethernet。本文转自 转载时请留此链接！

超声波液位计的工作原理是由换能器（探头）发出高频超声波脉冲遇到被测介质表面被反射回来，部分反射回波被同一换能器接收，转换成电信号。超声波脉冲以声波速度传播，从发射到接收到超声波脉冲所需时间间隔与换能器到被测介质表面的距离成正比。此距离值S与声速C和传输时间T之间的关系可以用公式表示：S=CxT/2。由于发射的超声波脉冲有一定的宽度，使得距离换能器较近的小段区域内的反射波与发射波重迭，无法识别，不能测量其距离值。这个区域称为测量盲区。盲区的大小与超声波物位计的型号有关。超声波测距的原理是利用超声波在空气中的传播速度为已知，测量声波在发射后遇到障碍物反射回来的时间，根据发射和接收的时间差计算出发射点到障碍物的实际距离。由此可见，超声波测距原理与雷达原理是一样的。 测距的公式表示为：L=C×T 式中L为测量的距离长度；C为超声波在空气中的传播速度；T为测量距离传播的时间差(T为发射到接收时间数值的一半)。 超声波测距主要应用于倒车提醒、建筑工地、工业现场等的距离测量，虽然目前的测距量程上能达到百米，但测量的精度往往只能达到厘米数量级。 由于超声波易于定向发射、方向性好、强度易控制、与被测量物体不需要直接接触的优点，是作为液体高度测量的理想手段。在精密的液位测量中需要达到毫米级的测量精度，但是目前国内的超声波测距专用集成电路都是只有厘米级的测量精度。通过分析超声波测距误差产生的原因，提高测量时间差到微秒级，以及用LM92温度传感器进行声波传播速度的补偿后，我们设计的高精度超声波测距仪能达到毫米级的测量精度。 超声波测距误差分析 根据超声波测距公式L=C×T，可知测距的误差是由超声波的传播速度误差和测量距离传播的时间误差引起的。 时间误差 当要求测距误差小于1mm时，假设已知超声波速度C=344m/s (20℃室温)，忽略声速的传播误差。测距误差s△t<() ≈ 即。 在超声波的传播速度是准确的前提下，测量距离的传播时间差值精度只要在达到微秒级，就能保证测距误差小于1mm的误差。使用的12MHz晶体作时钟基准的89C51单片机定时器能方便的计数到1μs的精度，因此系统采用89C51定时器能保证时间误差在1mm的测量范围内。 超声波传播速度误差 超声波的传播速度受空气的密度所影响，空气的密度越高则超声波的传播速度就越快，而空气的密度又与温度有着密切的关系，如表1所示。 已知超声波速度与温度的关系如下： 式中： r —气体定压热容与定容热容的比值，对空气为， R —气体普适常量，·mol-1·K-1， M—气体分子量，空气为×10-3kg·mol-1， T —绝对温度，273K+T℃。 近似公式为：C=C0+×T℃ 式中：C0为零度时的声波速度332m/s； T为实际温度(℃)。 对于超声波测距精度要求达到1mm时，就必须把超声波传播的环境温度考虑进去。例如当温度0℃时超声波速度是332m/s, 30℃时是350m/s，温度变化引起的超声波速度变化为18m/s。若超声波在30℃的环境下以0℃的声速测量100m距离所引起的测量误差将达到5m，测量1m误差将达到5mm。

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是利用超声波原理反射时间计算液位距离首先超声波有盲区，安装时必须计算预留出传感器安装位置与测量液体之间的距离当超声波传感器发出超声波时，超成波遇到不可发射体从而折射回传感器，传感器计算出发射到反射回来的时间长短来计算液位距离

进口的雷达液位计应用于水液、酸碱、浆料储罐，固体颗粒，小型储油罐，各类导电、非导电介质，腐蚀性介质