德國E+H超聲波液位計(jì)的原理和應(yīng)用
E+H超聲波物位計(jì)也稱超聲波液位計(jì),，超聲波水位計(jì),，超聲波料位計(jì),。是一種優(yōu)良的非接觸的界面測量設(shè)備,。適合石油,、化工、自來水,、污水處理,、水利水文、鋼鐵,、煤礦,、電力、交通以及食品加工等行業(yè),。它安裝,，操作簡便，適用性廣,，價(jià)格低廉,。是一種物美價(jià)廉的物位物位、液位測量設(shè)備,。 
E+H超聲波物位計(jì)的原理：E+H超聲波物位計(jì)安裝于容器上部,，在電子單元的控制下,，探頭向被測物體發(fā)射一束超聲波脈沖。聲波被物體表面反射,，部分反射回波由探頭接收并轉(zhuǎn)換為電信號,。從超聲波發(fā)射到被重新被接收，其時(shí)間與探頭至被測物體的距離成正比,。電子單元檢測該時(shí)間,，并根據(jù)已知的聲速計(jì)算出被測距離。
用探頭到罐底的距離-探頭到液位的距離= 實(shí)際液位或者物位高度,。把液位高度轉(zhuǎn)換成4~20mA電流信號,、1~5V電壓信號輸出?；蛘咄ㄟ^485通信,，H a r t通信，G P R S通信傳輸?shù)娇刂浦行?。由于溫度對聲速具有較大的影響,，所以儀表應(yīng)測量環(huán)境溫度，已修正聲速,。超聲物位計(jì)的測量原理,。
二.E+H超聲波物位計(jì)運(yùn)用的系統(tǒng)框：
在系統(tǒng)運(yùn)用中，由E+H超聲波物位計(jì)測量液位的高度并轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號送到控制中心,?？刂浦行臋z測到儀表送來的液位信息，并根據(jù)液位的高度和實(shí)際需要來對加料或者減料進(jìn)行控制,。
三.E+H超聲物位計(jì)的主要的幾個(gè)技術(shù)指標(biāo)
1,、量程和盲區(qū)：量程和盲區(qū)是反映超聲物位計(jì)的兩個(gè)重要的指標(biāo)。量程代表的是這個(gè)物位計(jì)能測量的zui大范圍,。反映的是換能器的靈敏度,。也就是說，量程越大,，靈敏度越高,。大部分廠家標(biāo)稱的量程都是針對平整液面來說的，也就是說實(shí)際測量的時(shí)候,，液位波動(dòng),，表面有漂浮物，測量是固體料位,，有粉塵,，有蒸汽，都是有可能導(dǎo)致量程不能達(dá)到標(biāo)稱的值。比如50m量程的設(shè)備,，如果測玉米的時(shí)候,，實(shí)際只能測到2 0m.。盲區(qū)是反映換能器好壞的重要指標(biāo),。盲區(qū)也成死區(qū),，超聲液位計(jì)測量不到的一段距離，它是由于超聲換能器的余震造成的,。比如盲區(qū)3 0 c m,，也就是說，在液體更探頭的距離小于3 0 c m的時(shí)候,，將會出現(xiàn)不能測量的情況,。那么相同量程的產(chǎn)品，盲區(qū)越小,，說明這個(gè)換能器的設(shè)計(jì)越好,。對一些密閉罐體或者短量程的測量來說 ，安裝會越方便,。因此盲區(qū)成為相同量程產(chǎn)品衡量換能器做得好壞的一個(gè)重要指標(biāo),。
2、溫度和精度,。
溫度范圍大部分標(biāo)稱是-2 0 ~6 0℃這個(gè)范圍。因?yàn)榇蟛糠钟靡壕э@示的物位計(jì),，液晶屏的工作溫度只能在這個(gè)范圍,，超出這個(gè)范圍，液晶顯示都會出現(xiàn)不正?，F(xiàn)象,。如果不考慮液晶顯示的限制，一般都可以做到-4 0~8 0℃的范圍,。壓電陶瓷有個(gè)居里溫度約300度,。居里溫度的一般是安全溫度，所以一般情況下,，超聲換能器的工作溫度很難超過150度,。當(dāng)超過150℃溫度的時(shí)候，很容易對里面的壓電陶瓷損壞,。因此150度可以看成是一個(gè)破壞溫度,。另外超聲波換能器制造過程用的部分材料，不能在1 0 0℃以上的溫度長時(shí)間工作,。大部分換能器的極限溫度是1 0 0℃ ,。
為什么把精度和溫度放在一起考慮，因?yàn)樵诳諝庵校瑴囟葴y量誤差1℃,，對聲速的影響是0.6m/S,20℃,，1個(gè)大氣壓下聲速約為340m/S。因此可以算出,，對測量誤差的影響是0.17%,，也就是說，如果溫度測量誤差3℃,，物位測量誤差就超過大部分廠家0.5%的標(biāo)稱范圍,。因此實(shí)際0.5%的精度針對的是常溫常壓下的。對偏高和偏低的溫度,，都有可能導(dǎo)致測量精度超過0.5%的情況,。有溫度梯度，溫度變化快的場合,，測量誤差也會因此增大,。另外對測量精度影響zui大的是氣體成份。也就是說在一些揮發(fā)性液體的場合,，因?yàn)橐后w的揮發(fā)導(dǎo)致空氣成分變化,，接著導(dǎo)致氣體聲速變化引起的測量誤差。
3,、壓力,。
在負(fù)壓的情況下，一般不推薦用超聲測量,，因?yàn)槌晜鞑ナ峭ㄟ^氣體來實(shí)現(xiàn)的,。負(fù)壓力意味著里面的空氣稀薄，超聲在稀薄空氣下傳播,，一個(gè)是聲速會變化,，引起測量誤差，二是稀薄空氣里面,，聲波衰減增大,，導(dǎo)致測量量程減小甚至不能測量。正壓力主要是探頭結(jié)構(gòu)的影響,，只要探頭結(jié)構(gòu)沒有問題,。不會引起漏氣現(xiàn)象。那么在大的壓力情況下E+H超聲物位計(jì)是可以工作的,。
4,、腐蝕性：E+H物位計(jì)的腐蝕性主要考驗(yàn)的是探頭的材質(zhì)。在弱酸弱堿的環(huán)境下,，普通的塑料外殼就可以了,。用聚四氟乙烯的外殼，可以耐大部分的強(qiáng)酸強(qiáng)堿。這里要注意的是,，如果被測物質(zhì)有比較強(qiáng)腐蝕性和揮發(fā)性,，那么用一體物位計(jì)的時(shí)候，把電路板進(jìn)行膠峰,。因?yàn)榇蟛糠值目梢苑浪臍んw,，都不能防氣體。氣體進(jìn)入一體設(shè)備里面后,，會俯視電路板,。
5、方向性和安裝結(jié)構(gòu)
安裝結(jié)構(gòu)一般有法蘭和螺紋兩種安裝方式,。不推薦使用吊裝,。因?yàn)榈跹b容易受風(fēng)的影響。但安裝的時(shí)候,，一般要考慮盲區(qū)的影響,。我們要在物理上保證zui高液面到探頭表面的距離大于盲區(qū)。為了避開盲區(qū),，用加長導(dǎo)管安裝的時(shí)候,，必須注意的是，探頭輻射面兩端與導(dǎo)管端面兩端形成的夾角必須大于換能器的銳角度,。(銳角度：波束兩側(cè)出現(xiàn)*個(gè)極小值之間的夾角)大部分物位計(jì)用的換能器都可以看成一個(gè)圓形活塞陣,。那么銳角的角度可以通過下面的公式計(jì)算出來：換能器銳角的計(jì)算公式：θ=2arcsin(0.61λ/a)。產(chǎn)品標(biāo)稱的是一般換能器的半功率角,。半功率角的計(jì)算公式為：θ-3dB=2arcsin(0.26λ/a),。這樣就驗(yàn)證一下廠家標(biāo)稱的波束角是否是真實(shí)的。波束角不是越小越好,，因?yàn)閷Υ罅砍痰漠a(chǎn)品來說，波束角太小,，那么要垂直對準(zhǔn)液面這比較困難,。
λ= 波長 = 聲速/頻率
a = 半徑， 是換能器的輻射面的半徑
6,、 供電方式和信號輸出方式： 供電方式一般是交流電源9 5 ~ 2 3 0 VAC,24VDC
四線制,，2 4VDC兩線制三種。輸出方式有：顯示界面,，電流4~ 20Ma, 電壓1-5V,通信方式4 8 5通信,，H a r t通信，G P R S通信等,。
三,、E+H超聲物位計(jì)現(xiàn)場使用時(shí)候的安裝注意事項(xiàng)
1、垂直
換能器安裝的時(shí)候，要保證換能器的發(fā)射面和要被探測的平面平行,，這樣聲波就可以垂直發(fā)射到被測物體表面,。這樣可以保證zui大的能量返回。
技巧：如果現(xiàn)場環(huán)境有蒸汽,，容易形成水珠附在探頭的表面,，并且探頭的量成比實(shí)際要測量的距離大比較多。那么可以傾斜3度左右,，這樣可以避免水珠結(jié)水的影響,。
2、盲區(qū)
zui高液位到超聲波液位計(jì)探頭表面的距離應(yīng)大于探頭的盲區(qū),。
這里需要注意的是：我們的盲區(qū)是在比較理想的狀態(tài)下測得的,。因此如果我們的安裝的是封閉的罐體，那么盲區(qū)值加大20%,。如果因?yàn)橐后w會攪動(dòng),，用了很長的導(dǎo)管來安裝，那么盲區(qū)值也加大20%為了避開盲區(qū),，我們經(jīng)常會用加長導(dǎo)管的方式來避開盲
在利用加長導(dǎo)管安裝的時(shí)候,，必須保證角度AOB?探頭的銳角度。
3,、罐壁和障礙物
如果罐壁是光滑的,，并且液位降低的時(shí)候，不會出現(xiàn)掛料的情況,，那么大部分距離灌壁3 0 cm的距離安裝就可以,。如果灌壁是粗糙的，那么探頭安裝的位置要遠(yuǎn)離灌壁,。灌底不是平面的,，那么在零液位的時(shí)候可能出現(xiàn)誤測。如果是圓錐型底面,，可以考慮把探頭安裝在圓錐頂端正上方,。對于圓形的橫桿，只要距離超過1m,，直徑不超過5cm, 影響不大,。否則盡量避開。但對平面的橫桿,，灌壁有直角的情況,，要盡量的避開。
4,、有攪拌和波動(dòng)
如果有攪拌或者波動(dòng)的場合,，可以用加長導(dǎo)管安裝,。導(dǎo)管直接申入液位底面。導(dǎo)管的直徑只要大于探頭的輻射面即可,，但是要保證導(dǎo)管的內(nèi)壁光滑,，并且液位升降過程中不掛料，管內(nèi)液體和管外一致,。如果大量程不適合用導(dǎo)管安裝的,，可以減小量程使用，具體減小多少要看波浪的大小,。