[发明专利]一种超声波液位测量方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及液位检测领域，具体涉及一种超声波液位测量方法和装置。

背景技术

液位高度是家用蒸锅、鲜活水产品运输罐、液体储罐、气液鼓泡塔等生活和生产装置的重要参数，液位高度的变化速率可用于表征出料的通畅性和稳定性，对液体储存装置、气液反应系统的运行起重要作用。但在气液体系中，由于气体/液体物料的进出、气体鼓泡、气体射流等作用，导致液面波动幅度较大或出现雾沫夹带等现象，给液位的准确测量带来较大的困难。

常规的静态液位可用静压型物位计、雷达型物位计、超声波物位计、电容式物位计和核辐射物位计等方法准确测量，但是动态液位、尤其是气液体系液位的准确测量至今仍然是多相流检测领域的难题之一。可见，开发一种能够适应复杂环境、非侵入式、安全环保的液位检测方法及装置，用于气液体系动态液位的检测，对保障装置正常运行、提高装置的经济效益具有重要意义。

发明内容

本发明提供一种超声波液位测量方法和装置，该方法能够适应液面波动、雾沫夹带、内构件复杂等多种测量环境，可准确、稳定地检测液位。

一种超声波液位测量方法，包括以下步骤：

步骤1，将信号发射系统的发射探头安装在气液鼓泡装置侧壁面下部，将信号发生器产生的信号转换为超声波信号；

步骤2，将信号采集系统的接收探头安装在气液鼓泡装置侧壁面上部，接收超声波信号，并将超声波信号转换为电信号后传输给采集卡和计算机；

步骤3，根据超声波信号的振幅衰减原理以及减震原理，建立超声波阻尼衰减液位检测模型；

步骤4，根据超声波阻尼衰减液位检测模型，建立接收到的信号与液位之间的关联式，对液位进行检测。

步骤1中，信号发生器产生的超声信号频率为50～250kHz，优选100～200kHz。

步骤2中，接收探头的采样频率为100kHz～500kHz，优选100

kHz～300kHz。

步骤3中，所述的超声波阻尼衰减液位检测模型为：

y＝xexp(C(1-x))

其中

x＝H/L

y＝(E₀-E)/(E₀-E_L)

式中，E₀代表液位在发射探头时，接收探头接收到的信号能量；E代表液位高度为H时接收探头接收到的能量，E_L代表液位高度为L，即液位在接收探头位置时接收探头接收到的能量，C为无因次方程的模型参数。

在装置开测前，通过以发射探头和接收探头之间(包括发射探头和接收探头)至少4个液位作为测量点，进行静态和动态液位测量实验，并对获得的数据进行处理，得到无因次方程的模型参数C。

装置存在多个批次，并且密度、粘度差别大的液体物料时，需要对获取液体物料的密度、粘度与模型参数C的关系式，从而对模型进行校正。

液体液位检测时，超声波液位计输出的接收电压通过采集卡和计算机记录，接收探头和发射探头圆心间距大于探头直径的2倍。

本发明提供一种超声波液位测量装置，包括信号采集系统和信号发射系统，所述信号采集系统由接收探头、前置放大器、主放大器、采集卡和计算机组成，所述信号发射系统包括信号发射器和发射探头，其中发射探头贴在被测量装置的壁面；接收探头贴在被测装置的壁面，经前置放大器，与主放大器相连；采集卡一端与主放大器相连，另一端与计算机相连；信号发生器一端与发射探头相连，另一端与计算机相连；计算机包括显示装置，数据存储装置和中央处理器。

所述接收探头和所述前置放大器的数量相同，均为1～10个。当安装多个接收探头时，接收探头之间的间距相同。

所述采集卡采集至少10个不同的信号，并通过网线或无线传输模块与计算机相连。

本发明采用的超声波液位测定是基于超声波信号的振幅衰减原理以及减震原理，建立了阻尼衰减液位检测模型。在相同壁面材料下，其中超声波信号的衰减主要由物料产生的辐射阻尼引起的，不同的液位高度导致声波信号的衰减程度也不同。

本发明采用将发射探头和接收探头置于装置侧壁面的测量方式，操作简易方便，不会与物料直接接触，且能够适用液面波动、雾沫夹带、内构件复杂等复杂环境，可准确、稳定地检测液位。

附图说明

图1为液体液位检测装置示意图；

图2为鼓泡区静态液位超声阻尼衰减模型预测值和实际值对比图；

图3为鼓泡区液位高度与超声波能量随时间的变化关系；