FMU40-ANG2A2||E+H超聲波物位計(jì)的原理和運(yùn)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(cè)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(jiǎn)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(cè)量設(shè)備。深圳安一泰科優(yōu)勢(shì)經(jīng)營(yíng)以下品牌：力士樂Rexroth,，MAC,Vickers威格士,，派克Parker，豐興toyooki,，賀德克HYDAC,HAWE哈威,，圖爾克turck，ATOS阿托斯,，巴魯夫BALLUFF,，E+H.CKD,寶德burkert，ASCO,，諾冠norgren三聯(lián)件
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　 　一,、E+H超聲波物位計(jì)的原理：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(cè)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(hào)。從超聲波發(fā)射到被重新被接收,，其時(shí)間與探頭至被測(cè)物體的距離成正比,。電子單元檢測(cè)該時(shí)間，并根據(jù)已知的聲速計(jì)算出被測(cè)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(hào)、1～5V電壓信號(hào)輸出,?；蛘咄ㄟ^485通信,，Hart 通信，GPRS通信傳輸?shù)娇刂浦行?。由于溫度?duì)聲速具有較大的影響,，所以儀表應(yīng)測(cè)量環(huán)境溫度，以修正聲速

　　在系統(tǒng)運(yùn)用中,，由超聲物位計(jì)測(cè)量液位的高度并轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)送到控制中心,。控制中心檢測(cè)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(duì)加料或者減料進(jìn)行控制

　　E+H超聲波物位計(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(cè)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(duì)平整液面來說的，也 就是說實(shí)際測(cè)量的時(shí)候,，液位波動(dòng),，表面有漂浮物，測(cè)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(cè)玉 米的時(shí)候，實(shí)際只能測(cè)到20m,。

　　盲區(qū)是反映換能器好壞的重要指標(biāo),。盲區(qū)也稱死區(qū)，超聲液位計(jì)測(cè)量不到的一段距離,，他是由于超聲換能器的 余震造成的,。比如盲區(qū)30cm，也就是說,，在液面跟探頭的距離小于30cm的時(shí)候,，將會(huì)出現(xiàn)不能測(cè)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(duì)一些密閉罐體或者短量程的測(cè)量來說,，安裝會(huì)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,。

　 　E+H超聲波物位計(jì)溫度范圍大部分標(biāo)稱是-20～60°C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(huì)出現(xiàn)不正 常現(xiàn)象,。如果不考慮液晶顯示的限制,，一般都可以做到-40～80°C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°C溫度的時(shí)候，很容易對(duì)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 聲換能器制造過程用的部分材料，不能在100°C以上的溫度長(zhǎng)時(shí)間工作,。大部分換能器的極限溫度是100°C,。

　　為什么把精度和溫度放在 一起考慮，因?yàn)樵诳諝庵?，溫度測(cè)量誤差1°C,，對(duì)聲速的影響是0.6m/S，20°C,，1個(gè)大氣壓下聲速約為340m/S,。因此可以算出，對(duì)測(cè)量誤差的影 響是0.17%,，也就是說,，如果溫度測(cè)量誤差超過3°C，物位測(cè)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(duì)的是常溫常壓下 的,。對(duì)偏高和偏低的溫度，都有可能導(dǎo)致測(cè)量精度超過0.5%的情況,。有溫度梯度,，溫度變化快的場(chǎng)合，測(cè)量誤差也會(huì)因此增大,。另外對(duì)測(cè)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(chǎng)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(cè)量誤差,。

　　3,、壓力。

　　在負(fù)壓的情況下,，一般不推薦用超聲測(cè)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(huì)變化，引起測(cè)量誤差,，二是稀薄空氣里面,，聲波衰減增大，導(dǎo)致測(cè)量量程減小甚至不能測(cè)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(huì)引起漏氣現(xiàn)象,。那么在大的壓力情況下超聲物位計(jì)是可以工作的,。

　 　4、腐蝕性：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(cè)物質(zhì)有比較強(qiáng)的腐蝕性和揮發(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(huì)俯視電路板,。

　　5,、方向性和安裝結(jié)構(gòu)

　　E+H超聲波物位計(jì)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 為吊裝容易受風(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(zhǎng)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度角,。(銳度角：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)圓型活塞陣。那么銳度角的角度可以通過下面的公式計(jì)算出來：換能器銳度角的計(jì)算公式：θ　=　2arcsin(0.61λ/a),。產(chǎn)品 標(biāo)稱的是一般是換能器的半功率角,。半功率角的計(jì)算公式為：θ-3dB=2arcsin(0.26λ/a)。這樣就可以驗(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?duì)大量程的產(chǎn)品來說，波束角太小,，那么要垂直對(duì)準(zhǔn)液面則比較困難,。

　　λ=　波長(zhǎng)　=　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(hào)輸出方式：供電方式一般是交流電源95～230VAC,，24VDC四線制，24VDC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485通信，Hart通信,，GPRS通信等,。

　　三、E+H超聲波物位計(jì)現(xiàn)場(chǎng)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(cè)的平面平行，這樣聲波就可以垂直發(fā)射到被測(cè)物體表面,。這樣可以保證zui大的能量返回,。

　　技巧：如果現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境有蒸汽，容易形成水珠附在探頭的表面,，并且探頭的量程比實(shí)際要測(cè)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高液位到超聲液位計(jì)探頭表面的距離應(yīng)該大于探頭的盲區(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(cè)得的,。因此如果我們的安裝的是封閉的灌體,，那么盲區(qū)值加大20%,。如果因?yàn)橐何粫?huì)攪動(dòng)，用了很長(zhǎng)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(huì)用加長(zhǎng)導(dǎo)管的方式來避開盲

　　在利用加長(zhǎng)導(dǎo)管安裝的時(shí)候，必須保證角度AOB>探頭的銳度角,。

　　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(huì)出現(xiàn)掛料的情況,，那么大部分距離灌壁30cm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(cè),。如果是圓錐型底面,，可以考慮把探頭安裝在圓錐頂點(diǎn)正上方。對(duì)于圓型的橫桿,，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(duì)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(chǎng)合,，可以用加長(zhǎng)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,，并且液位什降過程中不掛料，管內(nèi)液位和管外*,。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,。

　　四,、E+H超聲波物位計(jì)和雷達(dá)射頻導(dǎo)納物位測(cè)量設(shè)備相比的優(yōu)缺點(diǎn)

　　產(chǎn)品優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)

　　超聲波物位計(jì)安裝方便，性能穩(wěn)定，測(cè)量精度高,，價(jià)格低廉,。對(duì)溫度，粉塵,，蒸汽,，壓力的影響比較敏感。

　　雷達(dá)物位計(jì)安裝方便,，性能穩(wěn)定,，測(cè)量精度高。對(duì)溫度,，壓力的影響不敏感,，價(jià)格高昂，低頻的雷達(dá)體積龐大,。對(duì)射頻干擾的影響明顯,。對(duì)被測(cè)介質(zhì)的介電常數(shù)有要求。對(duì)粉塵和蒸汽的影響和超聲是一樣的,。

　　射頻導(dǎo)納物位計(jì)不怕粉塵干擾,，適合固體粉塵環(huán)境測(cè)量。價(jià)格低廉,。

　　安裝比較麻煩,，是接觸式的測(cè)量方式，測(cè)量精度不高,。

　　五,、E+H超聲波物位計(jì)的相關(guān)產(chǎn)品

　　超聲波物位計(jì)有很多相關(guān)產(chǎn)品，原理一樣,，只是測(cè)量的方式有點(diǎn)不同,。大致有以下幾種：

　　1、 超聲淤泥計(jì),。放入水中檢測(cè)淤泥的高度。

　　2,、 灌底安裝外貼式超聲波物位計(jì)

　　3,、 超聲波液位開關(guān)

　　4、 外貼式液位開關(guān)

　　總結(jié)：超聲波物位計(jì)是優(yōu)良的界面測(cè)量設(shè)備,。在水處理,，化工，冶金,，電力,，水利等許多領(lǐng)域都有廣泛的運(yùn)用。但每個(gè)產(chǎn)品都有它的優(yōu)缺點(diǎn)，在運(yùn)用過程中,，盡量避開它的缺點(diǎn),，利用它的優(yōu)點(diǎn)，那么在實(shí)際使用的時(shí)候,，就能發(fā)揮它的zui大作用,。