超聲波液位計(jì)原理

物位測(cè)量過程中，超聲波信號(hào)由超聲波探頭發(fā)出,，經(jīng)液體或固體物料表面反射后折回,，由同一個(gè)探頭接收，測(cè)量超聲波的整個(gè)運(yùn)行時(shí)間 ,，從而實(shí)現(xiàn)物位的測(cè)量,。聲波傳輸距離 與聲速 和聲傳輸時(shí)間 的關(guān)系可用公式表示:

超聲波物位計(jì)的算式L:超聲波探頭距所測(cè)料面距離,。單位:m;

v:經(jīng)溫度補(bǔ)償后的聲速值。單位:m/s;

t:測(cè)量范圍內(nèi)聲波的運(yùn)行時(shí)間,。單位:s

超聲波液位計(jì)用途

液位和料位測(cè)量是工業(yè)上經(jīng)常遇到的一個(gè)問題,，超聲測(cè)位技術(shù)有很多優(yōu)點(diǎn)，它不僅能定點(diǎn)和連續(xù)測(cè)位,，而且能方便的提供遙測(cè)或遙控所需的信號(hào),。與放射性測(cè)位技術(shù)相比，超聲技術(shù)不需要防護(hù),，與激光測(cè)距技術(shù)相比,，它又有簡(jiǎn)單和經(jīng)濟(jì)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)超聲技術(shù)一般不需要運(yùn)動(dòng)部件,，所以在安裝和維護(hù)上又相應(yīng)比較方便,。超聲波物位計(jì)可廣泛應(yīng)用于石油、礦業(yè),、發(fā)電廠,、化工廠、水處理廠,、污水處理站,、農(nóng)業(yè)用水、環(huán)保監(jiān)測(cè),、食品(釀酒業(yè)，飲料業(yè),、添加劑,、食用油、奶制品),、抗洪防汛,、水文監(jiān)測(cè)、明渠,、空間定位等許多行業(yè),。

主要指標(biāo)介紹

1、量程,。代表超聲波物位計(jì)所能測(cè)量的大范圍,，反映的是換能器的靈敏度。量程越大,，靈敏度越高,。超聲波物位計(jì)可以配置4、6,、8,、10,、20、30m等不同量程的換能器,。當(dāng)超聲波衰減快,，界面反射差時(shí)，為避免超聲波探頭接收到的超聲波信號(hào)過弱,，而無法與噪音信號(hào)區(qū)分,，就需要增大換能器的發(fā)射功率。

2,、盲區(qū),。也叫死區(qū)，就是超聲波物位計(jì)測(cè)量不到的一段距離,。超聲波物位計(jì)在發(fā)射超聲波脈沖時(shí),，不能同時(shí)檢測(cè)反射回波。由于發(fā)射的超聲波脈沖具有一定的時(shí)間寬度,，同時(shí)發(fā)射完超聲波后傳感器還有余振,，期間不能檢測(cè)反射回波，因此從探頭表面向下開始的一小段距離無法正常檢測(cè),，這段距離稱為盲區(qū),。相同量程的產(chǎn)品，盲區(qū)越小,，就說明這個(gè)換能器的設(shè)計(jì)越好,。

3、溫度,。正常范圍是-10~60攝氏度,。雖然壓電陶瓷的極限工作溫度一般是150攝氏度，但超聲波物位計(jì)在制造過程中的大多數(shù)材料都不能在100攝氏度以上的溫度長(zhǎng)期工作,。

4,、精度。主要受溫度變化影響較大,，為保證測(cè)量精度,，大多數(shù)超聲波物位計(jì)都帶有溫度補(bǔ)償功能。另外在氣體成分的變化也會(huì)對(duì)超聲波物位計(jì)的精度產(chǎn)生影響,，比如一些揮發(fā)性的液體,，揮發(fā)后導(dǎo)致空氣成分變化，導(dǎo)致氣體的聲速變化,，引起測(cè)量誤差,。在常溫常壓以及不受外部環(huán)境干擾情況下，大部分廠家可以將精度控制在0.5%以內(nèi)。

5,、兩線制與三線制,。兩線制超聲波物位計(jì)其供電(DC24v)與信號(hào)輸出(DC4-20mA)共用一個(gè)回路，也就是僅使用兩條線即可,，不足之處是發(fā)射功率相對(duì)略微微弱一些,。三線制超聲波物位計(jì)實(shí)際上為四線制，其供電(DC24v)與信號(hào)輸出(DC4-20mA)回路分離,，各使用兩條線,，當(dāng)它們負(fù)端共地相連時(shí)，通常使用三條線即可,，其優(yōu)勢(shì)是發(fā)射功率較大

技術(shù)參數(shù)

●量程:液面10m,，固態(tài)料面 5m

●盲區(qū): 0.6m l 精度:量程的0.25%或1cm

●分辨率:量程的0.1%或4mm

●重復(fù)周期:200ms或可設(shè)定

●電源:220VAC 50Hz 30W

●超聲波換能器AR41:

(1)工作頻率 41KHz

(2)驅(qū)動(dòng)電壓 1800Vpp，1ms

(3)發(fā)散角度 14°

(4)工作溫度 -40℃~90℃

●輸出:

模擬量:

(1)4-20mA輸出(帶隔離)

(2)1--5V輸出(帶隔離)

開關(guān)量:

(1)兩路單刀雙擲繼電器(報(bào)警,、泵控等)

(2)觸點(diǎn)容量 3A/250V(非感性負(fù)載)

●485/232通訊接口:主機(jī),、從機(jī)通過485/232通訊接口協(xié)同工作

●顯示方式:四位LED或LCD

●聲速補(bǔ)償方式:溫度補(bǔ)償

●儀表工作環(huán)境溫度:-20℃~50℃

●儀表殼體防護(hù)等級(jí):IP65

超聲波物位計(jì)的4個(gè)優(yōu)點(diǎn)和6個(gè)技術(shù)特點(diǎn)

1.與激光測(cè)距技術(shù)相比，有簡(jiǎn)單和經(jīng)濟(jì)的優(yōu)點(diǎn);

2.超聲技術(shù)一般不需要運(yùn)動(dòng)部件,，所以在安裝和維護(hù)上又相應(yīng)比較方便;

3.超聲波物位計(jì)不僅能定點(diǎn)和連續(xù)測(cè)位,，而且能方便的提供遙測(cè)或遙控所需的信號(hào);

4.超聲波物位計(jì)與放射性測(cè)位技術(shù)相比，不需要防護(hù),。

技術(shù)特點(diǎn)

1.具有強(qiáng)勁發(fā)射力的換能器,，表面可自清潔，利用更新的換能器結(jié)構(gòu)和制造工藝,，顯著提高了換能器的工作性能,。

2.微處理器程序控制、智能信號(hào)處理技術(shù),，可實(shí)現(xiàn)多種典型工況軟件處理模式,，使物位計(jì)能適應(yīng)固體、液體,、粉塵等復(fù)雜工況。

3.紅外線遙控編程調(diào)節(jié),，操作簡(jiǎn)單可靠,，并帶有液晶現(xiàn)場(chǎng)顯示。

4.非接觸式連續(xù)測(cè)量,，減少維護(hù);

5.可用于測(cè)量物位,、空間、距離,，也可對(duì)標(biāo)準(zhǔn)或特別開關(guān)的液罐進(jìn)行自動(dòng)液位-體積轉(zhuǎn)換;

6.帶背光的液晶顯示器,，可按標(biāo)準(zhǔn)工程單位進(jìn)行顯示。

超聲波物位計(jì)缺點(diǎn)

1,、當(dāng)超聲波傳播介質(zhì)密度發(fā)生變化,，聲速也將發(fā)生變化,，嚴(yán)重影響測(cè)量精度;

2、超聲波物位計(jì)對(duì)溫度壓力比較敏感,，所以一般需要在常溫常壓下測(cè)量,。

3、有些物質(zhì)對(duì)超聲波有強(qiáng)烈吸收作用,，選用測(cè)量方法和測(cè)量?jī)x器時(shí)要充分考慮液位測(cè)量的具體情況和條件,。

超聲波物位計(jì)特點(diǎn)

大量程可達(dá)40m 固體料位測(cè)量可達(dá)25m。

小分辨率1mm,。

LCD/LED大顯示屏,。

智能信號(hào)處理技術(shù)。

全塑料防腐外殼:防護(hù)等級(jí)IP67,。

換能器結(jié)構(gòu):小量程物位計(jì)法蘭安裝時(shí),，對(duì)法蘭接管長(zhǎng)度無要求。

簡(jiǎn)單的按鍵設(shè)定參數(shù):無需等待容器排空或加滿,，無需附加的遙控器,。

靈活的安裝方式 :螺紋(法蘭)、固定孔(支架),。

探頭可加長(zhǎng):適應(yīng)寒冷地區(qū)室外密閉容器安裝,，防止結(jié)霜。

配有高低位雙繼電器:四線制提供此作用,。

交流和直流供電形式可選:四線制和分體機(jī)主機(jī)提供此作用,。

和微波物位計(jì)的區(qū)別

超聲波物位計(jì)主要的安裝方式有兩種，一個(gè)是頂部安裝,，一個(gè)是底部安裝,，超聲波物位計(jì)采用的也是液體導(dǎo)聲，超聲探頭安裝在料罐底部外,，超聲波從底部傳入,，經(jīng)被測(cè)液體傳播到液面，反射后傳回探頭,。傳播時(shí)間與液位的高低成正比,。

微波物位計(jì)以光速傳播，速度幾乎不受介質(zhì)特性的影響,，傳播衰減也很小,，約0.2dB/km.回波信號(hào)強(qiáng)弱很大程度上取決于被測(cè)液面上的反射情況。在被測(cè)液面上的反射率除了取決于被測(cè)物料的面積和形狀外,，主要取決于物料的相對(duì)介電常數(shù)εr.相對(duì)介電常數(shù)高,，反射率也高，得到的回波強(qiáng)度高;相對(duì)介電常數(shù)低，物料會(huì)吸收部分微波能量,，回波強(qiáng)度較低,。

超聲波物位計(jì)的應(yīng)用概況

在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)用時(shí)，會(huì)有各種因素對(duì)其穩(wěn)定,、可靠的測(cè)量產(chǎn)生影響,，下面我們將結(jié)合實(shí)際，講述各種干擾對(duì)超聲波物位計(jì)選用,、使用,、安裝的影響。超聲波流量計(jì)

(1)介質(zhì)及環(huán)境溫度的影響

超聲波從物料表面反射時(shí),，其反射頻率會(huì)受到物料溫度的影響而發(fā)生變化,，為了補(bǔ)償這一變化，超聲波探頭內(nèi)裝有溫度傳感器,，當(dāng)探頭向處理器發(fā)送反射信號(hào)的同時(shí),，也把溫度信號(hào)送到微處理器，處理器將自動(dòng)補(bǔ)償由于溫度對(duì)料位測(cè)量的影響,。

此外,，為了保證探頭的可靠工作，要求環(huán)境溫度不超過60℃,。

(2)攪拌器對(duì)物位計(jì)測(cè)量的影響

如果物料容器內(nèi)裝攪拌器,，它同樣會(huì)反射超聲波信號(hào)，造成假反射回波,，并被傳送到微處理器,。微處理器將根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)原理處理真假面具回波，所以要求超聲波從物料表面反射的回波應(yīng)至少為從攪拌器臂反射的回波的3倍,。適當(dāng)降低攪拌器的轉(zhuǎn)速,，或?qū)⑻筋^偏離攪拌中心，都可以有效消除攪拌器產(chǎn)生的假面反射對(duì)料位測(cè)量的影響,。

(3)超聲波物位計(jì)測(cè)量料位的極限值

1)高料位

當(dāng)一束超聲波脈沖向物料表面?zhèn)魉瓦^程中,，若收到從物料表面來的反射波，將無法進(jìn)行測(cè)量,，這段距離就是盲區(qū),。物料料位不得高于盲區(qū)。

2)低料位

di料位也就是使超聲波能到達(dá)的距離傳感器的遠(yuǎn)距離,，并且使反射回波能被傳感器接收。由于超聲波在傳播過程中的衰減以及物料表面對(duì)聲波的吸收,，這一傳播距離對(duì)物料性質(zhì)依賴性很強(qiáng),，對(duì)于DU33來說，可測(cè)液體范圍為25m，固體范圍為15m,。

總之,，只要儀表選型、安裝適當(dāng),，超聲波物位計(jì)的應(yīng)用效果還是比較滿意的,。

5 結(jié)束語

超聲波類儀表(超聲波流量計(jì))是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)在工業(yè)測(cè)量中的具體運(yùn)用，是高新電子技術(shù)和聲學(xué)原理相結(jié)合的產(chǎn)物,。比起常規(guī)儀表,，它們的智能化更高，應(yīng)用的技術(shù)更先進(jìn),，也給用戶帶來更大方便