本实用新型属于超声波测量技术领域，尤其涉及用超声波测量各种工况下液介质中的物位与液位。

在石油、化工系统的生产过程中，许多工业液体存放于各种大型容器中，并且需要准确地测量存贮于容器中贮液的高度或贮液的体积，为生产过程控制提供精确参数。

目前在许多应用场合采用在容器上开可视窗口，由操作人员现场观测，该方法精度低、反应慢、无法实现工业过程的自动控制，而且对于某些易燃易爆液体的贮罐采用开视窗的方法是危险的，另有一种钢浮子式液位测量系统，可以实时给出液位值，但对于液介质的密度有一定的要求，同时由于存在机械传动部件，其测量精度和可靠性都受影响，差压式测量系统在一定程度上解决了这个问题，但其安装结构复杂，信号变送器安装于测量现场，使其应用受到影响。

超声测量技术应用于液位、物位测量，是一个较好的途径，早期应用中，探头安置在液罐的底部，靠单个探头发收使用，测量超声波从发射到接收到回波信号的时间间隔T，由被测液体中的声速C，按下式获得测量距离H：

H＝CT／2

但液体中的声速C受压力、温度、浓度等因素的影响而变化，从而影响液体的测量精度，为解决这问题，有些测量方法中加入了温度传感器和压力传感器，获取液体的工况参数，修正测量结果，但这使测量系统更加复杂。

美国专利USPat4805453的方法是将超声波探头安装在容器底部，并在声波传播路径上设置一个反射面，反射面到探头的安装距离HK是已知的，分别测出发射信号与液位面回波信号的时间间隔T及发射信号与反射面回波信号的时间间隔TK，按下式可获得液位高度H：

H＝HKT／TK

这方法的问题是反射面的尺寸对测量影响大，要求的安装精度高，超声波的能量一部分被反射面阻挡，使测量精度和测量距离受影响，对探头的发射角度及灵敏度也有一定要求，加工工艺比较严格。

中国专利CN90100692，超声波探头亦安装在容器底部，但采用附加一个参比探头的方法，通过参比探头测量一个已知的固定距离HK，获得测量时间TK，存在的问题是两个探头的一致性难以保证，安装不便，且该系统采用全量程内固定的信号衰减量，使当回波信号较强时杂波信号对测量的干扰大，而信号弱时又难于测量，使系统反复出现 报警状态，需要手动调节到合适的衰减量。

本实用新型的目的是提供一种自适应超声波液位仪，它不仅在探头的设计，系统的结构以及反射面的选取上解决了现有方法中存在的问题，而且采用数字微处理器技术控制操作和处理数据以及采用程控增益单元实现系统在全量程范围内的自动增益控制。

本实用新型的目的是这样实现的：根据贮液容器的尺寸与要求，设计一根长短合适的测量导管，测量导管可以安装在贮液容器内部，亦可用连通管道安装在贮液容器的外部， 安装在器内部的测量导管管壁上，开有一定数量的漏孔，通过漏孔液介质能自由出入测量导管；安装在容器外部的测量导管，管壁上不开漏孔，但由上下两根连通管使液介质出入测量导管，并使测量导管内的液位面与容器内的液位面保持一致，装在外部测量导管的底部可以高于等于或低于贮液容器的底部。

在测量导管的下半部，设置一个探头支撑固定架，超声波探头安装在支撑固定架中间，超声波探头的上下端面各有一个压电片换能器，能同时向上及向下发射超声波信号，向上发射的超声波信号经液位面的反射成为液位面回波信号，向下发射的超声波信号经测量导管底部的反射，成为参考回波信号，测出发射信号与液位面回波信号间的时间间隔T1，发射信号与参考回波信号间的时间隔T2，则液位面的高度H可按下式算出

H＝HO＋HK＋H2(H2T1)/(T2)

式中HO是超声波探头的长度，HK是测量导管底部至贮液容器底部的距离，H2是超声波探头下端面至测量导管底部的距离；HO，HK及H2均在设计及安装时获得，都是已知量，对于安装在容器外部的测量导管，测量导管的底部高于贮液容器的底部时HK＞0等于时HK＝0，测量导管的底部低于贮液容器的底部时HK＜0。

整个系统包括测量导管、超声波探头、单片机CPU单元 、程控增益控制单元、发射接收电路、电源变换单元、显示单元、远距离发送器等。

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明

图1是第一个实施例的测量系统图。

图2是程控增益控制单元电原理图。

图3是超声波探头及信号波形图。

图4是信号接收整形电路。

图5是第二个实施例的安装示意图。

图中1法兰，2（卧式）容器，3是测量导管，4被测液体，5漏孔，6超声波探头，7引线，8底部反射面，9引线保护管，10探头支撑固定架，11程控增益控制单元，12远距离发送器，13单片机CPU单元，14发射电路单元，15数字显示单元，16、17压电片，18弹簧，19引线，20电脉冲波形，21超声波发射信号，22、23反射波信号，24回波脉冲波形，25贮液，26（立式）容器，27阀门，28法兰，29测量导管，30引线，31超声波探头，32探头固定支架。

在图1中，测量导管3安装在贮液容器2的内部，耐高温、耐酸碱、全密封超声波探头6通过探头支撑固守定架10，固定在测量导管3内，测量时，单片机CPU单元13首先启动发射电路单元14，向超声波探头6发出电脉冲，探头两端的压电片16及17受到电脉冲后产生超声波，分别向待测液介质液面及测量导管的底部反射面8传播，并且反射回至探头，超声波探头6又将接收到的回波转变成电信号，沿引线7送入程控增益控制单元11，程控增益控制单元11受单片机CPU单元13的控制，选择合适的增益值，将电平适当的信号送入单片 机CPU单元13处理，单片机CPU单元13分别接收到测量导管底部的反射回波电信号及液位面回波电信号，由其中的时间计数单元得出它们与发射信号间的时间间隔T2及T1，于是算出当前液位的高度H。单片机CPU单元13在得到测量结果H后，将数据送入数字显示单元15，同时将结果模拟量化，给出0～5V及4～20mA模拟信号，供显示仪表或数据信号处理使用（图中未画），测量结果超过预先设置的上下限度时，还能给出报警信号，由报警单元（图中未画）发出声音或灯光警告，为了使其在某些特殊场合应用，系统中设置了远距离发送器12，在单片机CPU单元13的控制下，将测量结果以调频形式经远距离发送器12发出，再由主控室接收显示。

在图2中，程控增益控制单元11由集成电路IM－2400及电容、电阻构成，四个电阻串联成分压器并抽头引出至IM－2400各路的输入端，D0及D1端的电平由单片机CPU单元13给定，不同的电平，给出不同的增益值，下表列出D0及D1电平与增益的关系：

D0D1增益值（E出／E入）

0    0    100％

1    0    50％

0    1    25％

1    1    12.5％

这样就能在系统的全量程范围内实现自适应的自动增益控制。

图3说明探头及信号情况，超声波探头6由压电片16、17经弹簧18压封于壳中，经引线19引出，当探头6接收到电脉 冲20时，压电片16、17同时产生超声波信号21，经测量导管底部反射面及液位面反射后，探头6又收到反射波信号22及23，转成电信号并经过增益控制单元及信号接收整形电路后，变成回波脉冲24进入单片机COPU单元13，从而测得时间间隔T2及T1。

图4是接收整形电路的一个实施例，采用两块集成电路及电容、电阻。

图5是第二个实施例，说明外接连通器式液位测量方法，这在石油、化工贮液容器中较常见，测量导管29与探头31经固定支架32联成一体，再经法兰28与贮液容器联为一体，阀门27保证了在线工作状态下对测量系统的安装调试，测量信号经引线30送出。

本实用新型的优点在于采用了测量导管引入参考反射面，克服了液介质温度、压力等变化对测量结果的影响，测量导管可以置于贮液容器内，也可置于外部，超声波探头结构简单、可靠，测量系统由单片机控制，并且设计了程控增益控制电路，使系统具有自适应功能，确保仪器在各种变化工况中稳定工作。