超聲波液位計的原理和應(yīng)用 液位計是如何工作的

第第頁超聲波液位計的原理和應(yīng)用液位計是如何工作的超聲波物位計也稱超聲波液位計，超聲波水位計，超聲波料位計。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，價格低廉。是一種物美價廉的物位物位、液位測量設(shè)備。

超聲波物位計的原理：超聲波物位計安裝于容器上部，在電子單元的掌控下，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，其時間與探頭至被測物體的距離成正比。電子單元檢測該時間，并依據(jù)已知的聲速計算出被測距離。用探頭到罐底的距離—探頭到液位的距離=實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，Hart通信，GPRS通信傳輸?shù)秸瓶刂行?。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。超聲物位計的測量原理。

二.超聲波物位計運用的系統(tǒng)框：

在系統(tǒng)運用中，由超聲波物位計測量液位的高度并轉(zhuǎn)換成標準信號送到掌控中心。掌控中心檢測到儀表送來的液位信息，并依據(jù)液位的高度和實際需要來對加料或者減料進行掌控。

三.超聲物位計的緊要的幾個技術(shù)指標

1、量程和盲區(qū)：量程和盲區(qū)是反映超聲物位計的兩個緊要的指標。量程代表的是這個物位計能測量的最大范圍。反映的是換能器的靈敏度。也就是說，量程越大，靈敏度越高。大部分廠家標稱的量程都是針對平整液面來說的，也就是說實際測量的時候，液位波動，表面有漂流物，測量是固體料位，有粉塵，有蒸汽，都是有可能導(dǎo)致量程不能達到標稱的值。比如50m量程的設(shè)備，假如測玉米的時候，實際只能測到20m。盲區(qū)是反映換能器好壞的緊要指標。盲區(qū)也成死區(qū)，超聲液位計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)30cm，也就是說，在液體更探頭的距離小于30cm的時候，將會顯現(xiàn)不能測量的情況。那么相同量程的產(chǎn)品，盲區(qū)越小，說明這個換能器的設(shè)計越好。對一些密閉罐體或者短量程的測量來說，安裝會越便利。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緊要指標。

2、溫度和精度。

溫度范圍大部分標稱是—20～60℃這個范圍。由于大部分用液晶顯示的物位計，液晶屏的工作溫度只能在這個范圍，超出這個范圍，液晶顯示都會顯現(xiàn)不正?，F(xiàn)象。假如不考慮液晶顯示的限制，一般都可以做到—40～80℃的范圍。壓電陶瓷有個居里溫度約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。當超過150℃溫度的時候，很簡單對里面的壓電陶瓷損壞。因此150度可以看成是一個確定破壞溫度。另外超聲波換能器制造過程用的部分材料，不能在100℃以上的溫度長時間工作。大部分換能器的極限溫度是100℃。

為什么把精度和溫度放在一起考慮，由于在空氣中，溫度測量誤差1℃，對聲速的影響是0.6m/S,20℃，1個大氣壓下聲速約為340m/S。因此可以算出，對測量誤差的影響是0.17%，也就是說，假如溫度測量誤差3℃，物位測量誤差就超過大部分廠家0.5%的標稱范圍。因此實際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最大的是氣體成份。也就是說在一些揮發(fā)性液體的場合，由于液體的揮發(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。

在負壓的情況下，一般不推舉用超聲測量，由于超聲傳播是通過氣體來實現(xiàn)的。負壓力意味著里面的空氣淡薄，超聲在淡薄空氣下傳播，一個是聲速會變化，引起測量誤差，二是淡薄空氣里面，聲波衰減增大，導(dǎo)致測量量程減小甚至不能測量。正壓力緊要是探頭結(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超聲物位計是可以工作的。

4、腐蝕性：物位計的腐蝕性緊要考驗的是探頭的材質(zhì)。在弱酸弱堿的環(huán)境下，一般的塑料外殼就可以了。用聚四氟乙烯的外殼，可以耐大部分的強酸強堿。這里要注意的是，假如被測物質(zhì)有比較強腐蝕性和揮發(fā)性，那么用一體物位計的時候，可以把電路板進行膠峰。由于大部分的可以防水的殼體，都不能防氣體。氣體進入一體設(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。不推舉使用吊裝。由于吊裝簡單受風(fēng)的影響。但安裝的時候，一般要考慮盲區(qū)的影響。我們要在物理上保證最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)管安裝的時候，必需注意的是，探頭輻射面兩端與導(dǎo)管端面兩端形成的夾角必需大于換能器的銳角度。（銳角度：波束兩側(cè)顯現(xiàn)第一個微小值之間的夾角）大部分物位計用的換能器都可以看成一個圓形活塞陣。那么銳角的角度可以通過下面的公式計算出來：換能器銳角的計算公式：θ=2arcsin（0.61λ/a）。產(chǎn)品標稱的是一般換能器的半功率角。半功率角的計算公式為：θ—3dB=2arcsin（0.26λ/a）。這樣就驗證一下廠家標稱的波束角是否是真實的。波束角不是越小越好，由于對大量程的產(chǎn)品來說，波束角太小，那么要垂直對準液面這比較困難。

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、超聲物位計現(xiàn)場使用時候的安裝注意事項

1、垂直

換能器安裝的時候，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。這樣可以保證最大的能量返回。

技巧：假如現(xiàn)場環(huán)境有蒸汽，簡單形成水珠附在探頭的表面，并且探頭的量成比實際要測量的距離大比較多。那么可以傾斜3度左右，這樣可以避開水珠結(jié)水的影響。

2、盲區(qū)

最高液位到超聲波液位計探頭表面的距離應(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。因此假如我們的安裝的是封閉的罐體，那么盲區(qū)值可以加大20%。假如由于液體會攪動，用了很長的導(dǎo)管來安裝，那么盲區(qū)值可以也加大20%為了避開盲區(qū)，我們常常會用加長導(dǎo)管的方式來避開盲

在利用加長導(dǎo)管安裝的時候，必需保證角度AOB探頭的銳角度。

3、罐壁和障礙物

假如罐壁是光滑的，并且液位降低的時候，不會顯現(xiàn)掛料的情況，那么大部分距離灌壁30cm的距離安裝就可以。假如灌壁是粗糙的，那么探頭安裝的位置要闊別灌壁。灌底不是平面的，那么在零液位的時候可能顯現(xiàn)誤測。假如是圓錐型底面，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

假如有攪拌或者波動的場合，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。假如大量程不適合用導(dǎo)管安裝的，可以減小量程使用，實在減小多少要看波浪的大小。

那些影響超聲波液位計正常工作的因素

影響超聲波液位計正常工作的幾大因素

1.攪拌對超聲波液位計影響

現(xiàn)場容器常常有攪拌，液體波動比較大，影響超聲波液位計的測量；該種情況下可以適當降低攪拌器的轉(zhuǎn)速或?qū)⑻筋^偏離攪拌中心；還可以安裝導(dǎo)波管，從而有效除去因攪拌器攪拌對液位測量產(chǎn)生的影響。

2.泡沫對超聲波液位計影響

在用超聲波液位計來測量液位的過程中，常常會碰到泡沫的干擾。泡沫依照屬性可以分為：干、濕、中性、重型四種。

干泡沫和濕泡沫能將超聲波反射回來，故用超聲波液位計來測量無影響；中性泡沫則會吸取和擴散部分超聲波，因而會減弱超聲波的反射，導(dǎo)致回波不穩(wěn)定。因此當介質(zhì)表面為稠而厚的泡沫時，超聲波液位計的測量誤差會較大，甚至無法測量。在干擾嚴重的工況下，超聲波液位計可以通過加裝消波管的方法來屏蔽泡沫的干擾。

3.蒸汽、霧氣對超聲波液位計影響

當工作環(huán)境溫度很高時，液體介質(zhì)簡單產(chǎn)生蒸汽或霧氣，由于蒸汽比空氣要輕，所以上浮到罐頂部，形成了一層對超聲波脈沖有吸取和散射作用的蒸汽層?？梢酝ㄟ^加裝導(dǎo)波管的方法，可以削減或減弱蒸汽層對測量的影響。

4.盲區(qū)對超聲波液位計影響

超聲波液位計的盲區(qū)，就相像人的眼睛一樣，盲區(qū)是當物體離眼睛特別近的時候，反而看不清楚，這一段距離叫作盲區(qū)。超聲波液位計的盲區(qū)，依據(jù)量程的不同而不同。量程小，則盲區(qū)小，量程大，則盲區(qū)大。所以要求測量的最高液位