电路设计

 

　　二线制超声波液位计的电路主要由几个部分组成：发射电路、接收电路、信号处理电路、电源管理电路和通讯输出电路。

 

　　1、发射电路：发射电路的核心是一个发射器，它能将电信号转换为超声波信号。在设计时需要考虑到超声波发射器的工作频率、功率以及与介质的匹配性。

 

　　2、接收电路：当超声波脉冲发射到液面后会被反射回来，接收电路中的接收器（通常是压电晶体）将接收到的超声波信号转换为电信号。接收电路需要设计有良好的放大和滤波功能，以确保信号的清晰度和准确性。

 

　　3、信号处理电路：信号处理电路主要负责对接收到的电信号进行放大、滤波、A/D转换等处理，以获取准确的时间信息。这个过程中，微控制器（MCU）扮演着重要角色，它不仅控制发射和接收的时序，还处理数据并计算出液位高度。

 

　　4、电源管理电路：二线制超声波液位计通常采用两线制供电方式，即通过与信号线相同的两根线同时传输电源和信号。电源管理电路需要设计成能够在较低的电压下稳定工作，并提供给其他电路稳定的电源。

 

　　5、通讯输出电路：为了将测量结果传输到控制系统或显示设备，液位计需要一个通讯输出电路。常见的输出信号有4-20mA电流环信号，这种信号能够在长距离传输过程中保持稳定，且不易受外界干扰。

 

　　工作原理

 

　　二线制超声波液位计的工作原理基于超声波的时间差测距法。具体步骤如下：

 

　　1、发射超声波：液位计的发射器在微控制器的控制下发射一系列的超声波脉冲。

 

　　2、超声波传播：这些超声波脉冲穿过空气，直至遇到液面。

 

　　3、超声波反射：当超声波脉冲遇到液面后，会被反射回来，并被液位计的接收器检测到。

 

　　4、计算时间差：微控制器记录发射超声波和接收到回声之间的时间差。

 

　　5、计算液位高度：根据超声波在空气中的传播速度和时间差，可以计算出超声波往返的距离。由于液位计到容器底部的距离是已知的，因此可以通过减去超声波往返的距离的一半，得到液面到液位计的距离，即液位高度。

 

　　6、输出信号：最后，微控制器将计算出的液位高度转换为相应的电流信号（如4-20mA），通过通讯输出电路发送出去。