铅酸蓄电池电解液密度超声波测量方法研究

论文摘要

本文针对开口式铅酸蓄电池研究了超声波电解液密度测量方法。在充分掌握超声波在液体中传播特性的基础上,根据超声波在不同密度的液体中传播速度不同,通过固定超声波的传播距离,将传播速度的改变转化成传播时间的变化,从而建立了液体密度与传播时间一一对应的关系。针对液体密度与传播时间的函数关系具有非线性、无具体公式的问题,给出了拟合函数的解决方法,建立了样品数据库；同时设计和制作了适合于稀硫酸电解液的超声波换能器,并对换能器进行了实验验证；针对超声波在液体中传播速度快、信号分辨困难问题,开发了以C8051F120单片机作为快速信号处理系统的电解液密度测量系统,在充分考虑温度对测量系统影响的基础上,完成了此测量系统的硬件和软件设计工作,实现了开口铅酸蓄电池电解液密度的在线测量。此在线测量系统是以C8051F120为其核心数据和控制处理中心,包括了超声波换能器、超声波发射电路、超声波接收电路、外部存储电路和良好的人机交互界面,构成了一个精度高、实时性好、性能稳定的在线测量系统。在完成此系统之后,进行了多次的试验验证,表明本系统分辨率可达到0.00g/cm3,测量一次仅需1分钟左右的时间,数据稳定,可进行在线的快速测量。满足了工业现场的要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 目前电解液密度测量的现状
• 1.3 国内外超声波发展现状
• 1.4 主要研究内容
• 1.5 本章小结
• 2 超声波基础理论
• 2.1 超声波的分类及特点
• 2.1.1 超声波的分类
• 2.1.2 超声波的特性
• 2.2 描述超声波的基本物理量
• 2.3 液体中超声波特性
• 2.3.1 液体中超声波传播速度
• 2.3.2 液体中超声波的衰减
• 2.4 本章小结
• 3 测量总体方案设计
• 3.1 超声波的测量方法选择
• 3.2 测量原理
• 3.3 超声波电解液密度在线测量系统组成
• 3.4 温度的变化对超声波测量的影响
• 3.5 本章小结
• 4 超声波换能器的设计
• 4.1 压电效应和压电材料
• 4.1.1 压电效应
• 4.1.2 压电材料
• 4.2 压电材料的主要性能参数
• 4.3 超声波换能器制作
• 4.3.1 超声波换能器材料选型
• 4.3.2 超声波换能器结构设计
• 4.4 超声波换能器的安装
• 4.5 测试超声波换能器
• 4.6 本章小结
• 5 测量系统硬件电路设计与实现
• 5.1 单片机及其外围电路的设计
• 5.1.1 C8051F系列单片机简介
• 5.1.2 C8051F120单片机特点
• 5.1.3 单片机最小系统
• 5.1.4 JTAG调试接口电路
• 5.2 超声波发射电路设计
• 5.2.1 驱动波形、方式的选择
• 5.2.2 信号发生电路
• 5.2.3 驱动电路
• 5.3 超声波接收电路设计
• 5.3.1 放大电路
• 5.3.2 滤波电路
• 5.3.3 比较整形电路
• 5.4 外部存储电路
• 5.5 温度测量
• 5.5.1 温度传感器介绍
• 5.5.2 温度测量电路
• 5.6 本章小结
• 6 系统软件实现、数据处理及实物展示
• 6.1 系统软件实现
• 6.2 数据处理
• 6.3 电解液密度测量系统实物图
• 6.4 本章小结
• 7 实验结果及分析
• 7.1 实验结果
• 7.1.1 连续发射实验
• 7.1.2 间歇发射实验
• 7.1.3 电解液样液测量
• 7.2 误差分析
• 结论
• 参考文献
• 附录A 电解液密度超声波测量硬件电路图
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢