超聲波液位計原理

物位測量過程中，超聲波信號由超聲波探頭發(fā)出，經液體或固體物料表面反射后折回，由同一個探頭接收，測量超聲波的整個運行時間 ，從而實現物位的測量。聲波傳輸距離 與聲速 和聲傳輸時間 的關系可用公式表示:

超聲波物位計的算式L:超聲波探頭距所測料面距離。單位:m;

v:經溫度補償后的聲速值。單位:m/s;

t:測量范圍內聲波的運行時間。單位:s

超聲波液位計用途

液位和料位測量是工業(yè)上經常遇到的一個問題，超聲測位技術有很多優(yōu)點，它不僅能定點和連續(xù)測位，而且能方便的提供遙測或遙控所需的信號。與放射性測位技術相比，超聲技術不需要防護，與激光測距技術相比，它又有簡單和經濟的優(yōu)點，同時超聲技術一般不需要運動部件，所以在安裝和維護上又相應比較方便。超聲波物位計可廣泛應用于石油、礦業(yè)、發(fā)電廠、化工廠、水處理廠、污水處理站、農業(yè)用水、環(huán)保監(jiān)測、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、明渠、空間定位等許多行業(yè)。

主要指標介紹

1、量程。代表超聲波物位計所能測量的大范圍，反映的是換能器的靈敏度。量程越大，靈敏度越高。超聲波物位計可以配置4、6、8、10、20、30m等不同量程的換能器。當超聲波衰減快，界面反射差時，為避免超聲波探頭接收到的超聲波信號過弱，而無法與噪音信號區(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)，就是超聲波物位計測量不到的一段距離。超聲波物位計在發(fā)射超聲波脈沖時，不能同時檢測反射回波。由于發(fā)射的超聲波脈沖具有一定的時間寬度，同時發(fā)射完超聲波后傳感器還有余振，期間不能檢測反射回波，因此從探頭表面向下開始的一小段距離無法正常檢測，這段距離稱為盲區(qū)。相同量程的產品，盲區(qū)越小，就說明這個換能器的設計越好。

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，但超聲波物位計在制造過程中的大多數材料都不能在100攝氏度以上的溫度長期工作。

4、精度。主要受溫度變化影響較大，為保證測量精度，大多數超聲波物位計都帶有溫度補償功能。另外在氣體成分的變化也會對超聲波物位計的精度產生影響，比如一些揮發(fā)性的液體，揮發(fā)后導致空氣成分變化，導致氣體的聲速變化，引起測量誤差。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。

5、兩線制與三線制。兩線制超聲波物位計其供電(DC24v)與信號輸出(DC4-20mA)共用一個回路，也就是僅使用兩條線即可，不足之處是發(fā)射功率相對略微微弱一些。三線制超聲波物位計實際上為四線制，其供電(DC24v)與信號輸出(DC4-20mA)回路分離，各使用兩條線，當它們負端共地相連時，通常使用三條線即可，其優(yōu)勢是發(fā)射功率較大

技術參數

●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

●重復周期:200ms或可設定

●電源:220VAC 50Hz 30W

●超聲波換能器AR41:

(1)工作頻率 41KHz

(2)驅動電壓 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)

開關量:

(1)兩路單刀雙擲繼電器(報警、泵控等)

(2)觸點容量 3A/250V(非感性負載)

●485/232通訊接口:主機、從機通過485/232通訊接口協同工作

●顯示方式:四位LED或LCD

●聲速補償方式:溫度補償

●儀表工作環(huán)境溫度:-20℃~50℃

●儀表殼體防護等級:IP65

超聲波物位計的4個優(yōu)點和6個技術特點

1.與激光測距技術相比，有簡單和經濟的優(yōu)點;

2.超聲技術一般不需要運動部件，所以在安裝和維護上又相應比較方便;

3.超聲波物位計不僅能定點和連續(xù)測位，而且能方便的提供遙測或遙控所需的信號;

4.超聲波物位計與放射性測位技術相比，不需要防護。

技術特點

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

2.微處理器程序控制、智能信號處理技術，可實現多種典型工況軟件處理模式，使物位計能適應固體、液體、粉塵等復雜工況。

3.紅外線遙控編程調節(jié)，操作簡單可靠，并帶有液晶現場顯示。

4.非接觸式連續(xù)測量，減少維護;

5.可用于測量物位、空間、距離，也可對標準或特別開關的液罐進行自動液位-體積轉換;

6.帶背光的液晶顯示器，可按標準工程單位進行顯示。

超聲波物位計缺點

1、當超聲波傳播介質密度發(fā)生變化，聲速也將發(fā)生變化，嚴重影響測量精度;

2、超聲波物位計對溫度壓力比較敏感，所以一般需要在常溫常壓下測量。

3、有些物質對超聲波有強烈吸收作用，選用測量方法和測量儀器時要充分考慮液位測量的具體情況和條件。

超聲波物位計特點

大量程可達40m 固體料位測量可達25m。

小分辨率1mm。

LCD/LED大顯示屏。

智能信號處理技術。

全塑料防腐外殼:防護等級IP67。

換能器結構:小量程物位計法蘭安裝時，對法蘭接管長度無要求。

簡單的按鍵設定參數: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:適應寒冷地區(qū)室外密閉容器安裝，防止結霜。

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:四線制和分體機主機提供此作用。

和微波物位計的區(qū)別

超聲波物位計主要的安裝方式有兩種，一個是頂部安裝，一個是底部安裝，超聲波物位計采用的也是液體導聲，超聲探頭安裝在料罐底部外，超聲波從底部傳入，經被測液體傳播到液面，反射后傳回探頭。傳播時間與液位的高低成正比。

微波物位計以光速傳播，速度幾乎不受介質特性的影響，傳播衰減也很小，約0.2dB/km.回波信號強弱很大程度上取決于被測液面上的反射情況。在被測液面上的反射率除了取決于被測物料的面積和形狀外，主要取決于物料的相對介電常數εr.相對介電常數高，反射率也高，得到的回波強度高;相對介電常數低，物料會吸收部分微波能量，回波強度較低。

超聲波物位計的應用概況

在現場實際運用時，會有各種因素對其穩(wěn)定、可靠的測量產生影響，下面我們將結合實際，講述各種干擾對超聲波物位計選用、使用、安裝的影響。超聲波流量計

(1)介質及環(huán)境溫度的影響

超聲波從物料表面反射時，其反射頻率會受到物料溫度的影響而發(fā)生變化，為了補償這一變化，超聲波探頭內裝有溫度傳感器，當探頭向處理器發(fā)送反射信號的同時，也把溫度信號送到微處理器，處理器將自動補償由于溫度對料位測量的影響。

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)攪拌器對物位計測量的影響

如果物料容器內裝攪拌器，它同樣會反射超聲波信號，造成假反射回波，并被傳送到微處理器。微處理器將根據統(tǒng)計學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至少為從攪拌器臂反射的回波的3倍。適當降低攪拌器的轉速，或將探頭偏離攪拌中心，都可以有效消除攪拌器產生的假面反射對料位測量的影響。

(3)超聲波物位計測量料位的極限值

1)高料位

當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，將無法進行測量，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的距離傳感器的遠距離，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聲波的吸收，這一傳播距離對物料性質依賴性很強，對于DU33來說，可測液體范圍為25m，固體范圍為15m。

總之，只要儀表選型、安裝適當，超聲波物位計的應用效果還是比較滿意的。

5 結束語

超聲波類儀表(超聲波流量計)是現代科學技術在工業(yè)測量中的具體運用，是高新電子技術和聲學原理相結合的產物。比起常規(guī)儀表，它們的智能化更高，應用的技術更先進，也給用戶帶來更大方便