推进剂用超声液位仪

　　1引言

　　某一类发射体的推进剂具有剧毒、强腐蚀、易燃易爆等特点，在常温、常压下呈液态，使用、贮存时装在铝合金或不锈钢圆柱形罐中，并对罐中充氮气至0.1刁.2Mpa.在下列两种情况下需要测定储罐中液位:一是在贮存过程中，由于储存时间长，一般达20年以上，需要定期了解储罐中液位情况;二是在使用过程中，当推进剂加入储罐或从储罐中泄出时，需要精确测量液位.测量液位的方法多种多样，但由于测定介质的特殊性，采用接触式测量方法的液位仪长期使用后，会发生严重腐蚀，不能正常工作。同时由于储存场地空间尺寸的限制以及介质的特殊性，更换相同的仪表工程量巨大，费用昂贵。采用超声波非接触式液位检测方法能够较为理想地解决上述问题。检测仪的探头采用罐外壁贴底安装方式，安装在储罐外侧底部，不与被测介质接触，实现非接触测量，这样就免去大量更换工作。同时由于探头不与介质接触，大大延长了仪器的使用寿命.

　　2检测原理和检测仪的框图

　　如图1所示，推进剂装在圆柱形储罐中，储罐两个端头为球形封头，壁厚16一25mm，超声波/温度复合探头是一个将温度传感器和超声波探头做成一体的探头，它采用贴底式安装，安装在储罐外壁底部，由于储罐安放房间具有很高的防爆要求，而监测、控制台距离储存间有近百米距离，液位检测仪同其它监测、控制仪器放在一起，因此有长信号电缆将探头与检测仪器连接。

　　液位检测仪是利用超声波测距原理进行工作的.在单片机的控制下，通过接口电路向发射电路发出控制信号，发射电路可控硅导通，发出一个脉冲信号，使复合探头发出频率为1.25MHz的超声波。

　　超声波/温度复合探头安装在储罐底部外侧，超声波信号垂直入射，透过储罐壁，由于储罐壁、推进剂、液面以上的气体三者性质的差异，超声波在其中发生反射与透射。超声波从储罐底部外壁垂直入射后，将发生两次主要的反射:一次是在储罐底部与推进剂的分界面，另一次是推进剂与氮气的分界面.令从储罐底部内壁到推进剂液面的距离为S:，超声波在其中的传播速度为CI(劝，储罐底部壁厚凡，超声波在其中的传播速度为q(劝，从探头发射超声波波到接收到反射波的时间间隔为△亡，那么推进剂的液位表达式为：

　　整个液位检测仪的电路，示意于图2

　　3检测仪的硬件结构

　　3.1复合探头

　　超声波探头的型式为双晶直探头(分割式，一收一发)，晶片直径20mm，频率1.25MHz;温度传感器采用AD590温度传感器tl]。探头包括传感器和前置放大电路两个部分。超声回波信号和AD590的信号经过前置放大电路后，作为输出信号通过50m信号电缆传输到单片机进行处理。温度信号和超声回波信号的前置放大采用结构相同的放大器，只是个别元件参数有所区别。前置放大电路原理如图3所示。