超聲波料位計·超聲波物位計

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超聲波料位計是一種利用了超聲波方向性好，穿透能力強，易于獲得較集中的聲能，在水中傳播距離遠等特點(diǎn)而設計開(kāi)發(fā)的用于測量液位的工業(yè)儀器。超聲波料位計已在醫學(xué)、軍事、工業(yè)、農業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應用�！　�
超聲波類(lèi)儀表(超聲波流量計）是現代科學(xué)技術(shù)在工業(yè)測量中的具體運用，是高新電子技術(shù)和聲學(xué)原理相結合的產(chǎn)物。比起常規儀表，它們的智能化更高，應用的技術(shù)更先進(jìn)，也給用戶(hù)帶來(lái)更大方便。一體式超聲波物位計是最新專(zhuān)業(yè)制造的通用型超聲波物位計，它博采眾長(cháng)，吸取了國內外多種物位儀優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現了全數字化，人性化設計理念，具有完善的物/液位測控·數據傳輸和人機交流功能。主芯片采用進(jìn)口工業(yè)級單片機，數字溫度補償和超寬電壓輸入穩壓等數十塊相關(guān)專(zhuān)用集成電路。具有抗干擾性強，可任意設置上下限節點(diǎn)及在線(xiàn)輸出調節，并帶有現場(chǎng)顯示，可選擇模擬量，開(kāi)關(guān)量及RS485輸出，方便的與相關(guān)設施接口。它不必接觸工業(yè)介質(zhì)就能滿(mǎn)足大部分物位測量要求，從而徹底地解決了壓力式、電容式、浮子式等傳統測量方式帶來(lái)的纏繞、堵塞、泄露、介質(zhì)腐蝕、維護不便等缺點(diǎn)。

用途
液位和料位測量是工業(yè)上經(jīng)常遇到的一個(gè)問(wèn)題，超聲測位技術(shù)有很多優(yōu)點(diǎn)，它不僅能定點(diǎn)和連續測位，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(shù)相比，超聲技術(shù)不需要防護，與激光測距技術(shù)相比，它又有簡(jiǎn)單和經(jīng)濟的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)超聲技術(shù)一般不需要運動(dòng)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(chǎng)、化工廠(chǎng)、水處理廠(chǎng)、污水處理站、農業(yè)用水、環(huán)保監測、食品（釀酒業(yè)，飲料業(yè)、添加劑、食用油、奶制品）、抗洪防汛、水文監測、明渠、空間定位等許多行業(yè)。

原理
物位測量過(guò)程中，超聲波信號由超聲波探頭發(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，測量超聲波的整個(gè)運行時(shí)間 ，從而實(shí)現物位的測量。
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
超聲波料位原理公式
L：超聲波探頭距所測料面距離。單位：m；
v：經(jīng)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(shí)間。單位：s

優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)
1.與激光測距技術(shù)相比，有簡(jiǎn)單和經(jīng)濟的優(yōu)點(diǎn)；
2.超聲技術(shù)一般不需要運動(dòng)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(diǎn)和連續測位，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(shù)相比，不需要防護。
缺點(diǎn)
1、當超聲波傳播介質(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(zhì)對超聲波有強烈吸收作用，選用測量方法和測量?jì)x器時(shí)要充分考慮液位測量的具體情況和條件。

技術(shù)特點(diǎn)
●非接觸式連續測量，減少維護；
●可用于測量物位、空間、距離，也可對標準或特別開(kāi)關(guān)的液罐進(jìn)行自動(dòng)液位－體積轉換；
●帶背光的液晶顯示器，可按標準工程單位進(jìn)行顯示。

主要指標介紹
1、量程。代表超聲波物位計所能測量的最大范圍，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(shí)，為避免超聲波探頭接收到的超聲波信號過(guò)弱，而無(wú)法與噪音信號區分，就需要增大換能器的發(fā)射功率。
　　2、盲區。也叫死區，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(shí)，不能同時(shí)檢測反射回波。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，期間不能檢測反射回波，因此從探頭表面向下開(kāi)始的一小段距離無(wú)法正常檢測，這段距離稱(chēng)為盲區。相同量程的產(chǎn)品，盲區越小，就說(shuō)明這個(gè)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(guò)程中的大多數材料都不能在100攝氏度以上的溫度長(cháng)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(huì )對超聲波物位計的精度產(chǎn)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(chǎng)家可以將精度控制在0.5%以?xún)取?br /> 　　5、兩線(xiàn)制與三線(xiàn)制。兩線(xiàn)制超聲波物位計其供電（DC24v）與信號輸出（DC4-20mA）共用一個(gè)回路，也就是僅使用兩條線(xiàn)即可，不足之處是發(fā)射功率相對略微微弱一些。三線(xiàn)制超聲波物位計實(shí)際上為四線(xiàn)制，其供電（DC24v）與信號輸出（DC4-20mA）回路分離，各使用兩條線(xiàn)，當它們負端共地相連時(shí)，通常使用三條線(xiàn)即可，其優(yōu)勢是發(fā)射功率較大[1]  

技術(shù)參數
●量程：液面10m，固態(tài)料面 5m
●盲區： 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(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(kāi)關(guān)量:
（1）兩路單刀雙擲繼電器（報警、泵控等）
（2）觸點(diǎn)容量 3A/250V(非感性負載)
●485/232通訊接口：主機、從機通過(guò)485/232通訊接口協(xié)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

安裝方式
超聲波物位計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(jīng)被測液體傳播到液面，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(huì )吸收部分微波能量，回波強度較低。

應用概況
在現場(chǎng)實(shí)際運用時(shí)，會(huì )有各種因素對其穩定、可靠的測量產(chǎn)生影響，下面我們將結合實(shí)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(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(shí)，也把溫度信號送到微處理器，處理器將自動(dòng)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(guò)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(huì )反射超聲波信號，造成假反射回波，并被傳送到微處理器。微處理器將根據統計學(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(chǎn)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)最高料位
　　當一束超聲波脈沖向物料表面傳送過(guò)程中，若收到從物料表面來(lái)的反射波，將無(wú)法進(jìn)行測量，這段距離就是盲區。物料最高料位不得高于盲區。
　　2)最低料位
　　最低料位也就是使超聲波能到達的距離傳感器的最遠距離，并且使反射回波能被傳感器接收。由于超聲波在傳播過(guò)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(zhì)依賴(lài)性很強，對于DU33來(lái)說(shuō)，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(mǎn)意的。

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