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超聲波液位計的工作原理和故障原因
2021-04-26
超聲波液位計是由微處理器控制的非接觸式連續(xù)量液位測量儀表。安裝簡單、測量方便，且不受液體的粘度、密度等影響，且因其無機械可動部分，可靠性較高，維護工作量小，在液位測量中具有廣泛的應用。但測量精度相對較低，測量存在盲區(qū)，不可在壓力容器中測量，也不能用于測量易揮發(fā)性介質。正是由于超聲波液位計本身的局限性，使之在使用過程中，如果不加注意，容易出現(xiàn)一些故障。為幫助用戶更好地使用超聲波液位計，本文重點談談超聲波液位計的工作原理和故障原因。
一、超聲波液位計的測量原理
超聲波液位計在測量中，超聲波脈沖由傳感器（換能器）發(fā)出，經(jīng)物體表面反射后被同一傳感器（換能器）接收，并轉換成電信號，由超聲波的發(fā)射和接收之間的時間來計算傳感器（換能器）到被測液位的距離。
所以，超聲波液位計就是利用超聲波遇到不同物質的界面產(chǎn)生反射，通過測量回聲距離的原理，根據(jù)超聲波的發(fā)射和接收進行測量的。
由于超聲波的發(fā)射和接收是一個來回，所以實際的測量距離值用公式表示就是：S=C×T/2。其中，S為測量距離值，C為聲速，T為傳輸時間。
超聲波在空氣中傳輸?shù)乃俣仁枪潭ǖ?，池子的深度或罐體的高度也是一定的。實際的液位就是池子或罐體等容器的深度減去超聲波測量的距離，就是液位或物位的高度。由此，就實現(xiàn)了超聲波對液位的測量。
二、超聲波液位計故障發(fā)生原因
1．超聲波傳播速度C引起的測量不準
由于超聲波在不同介質中的傳播速度C不同，如0℃時，空氣中聲波傳播速度約為331m/s，在水蒸氣中為403m/s，且隨著壓力和溫度變化，傳播速度C也會發(fā)生變化，當溫度為100℃，空氣中聲波傳播速度由0℃時的331m/s增加為387m/s，并且測量探頭越接近液面?zhèn)鞑ニ俣菴變化越顯著，這樣由于傳播速度C的變化和不確定產(chǎn)生的測量誤差，必須通過物理標定或采用壓力、溫度補償?shù)绒k法來減少測量中的誤差，現(xiàn)在也有許多測量探頭帶有壓力、溫度補償功能，當壓力和溫度穩(wěn)定時，也可以直接通過整定壓力和溫度值到當前值，進行壓力和溫度補償。
2．由于電源電壓波動引起的測量不準
對于單探頭的測量裝置，同一測量探頭既做發(fā)射器又做接收器，那么在發(fā)射超聲波時，當探頭上加了較高的激勵電壓，會使盲區(qū)距離加大，且有可能超出測量的范圍；當探頭上電壓過低，由于測量距離較遠，可能接收不到回返的信號，致使不能正常工作，或產(chǎn)生測量誤差，這時就需要調(diào)整電源電壓到額定值，使探頭正常工作。
3．所選測量的量程不合適
由于盲區(qū)距離的存在及超聲波在傳播過程中會產(chǎn)生衰減，因此利用超聲波測量液位有一定的測量范圍，而不是無限制的，所以應選擇合適的探頭及工作方式。
4．測量傳播介質引起的故障
在測量中，傳播介質中含有較大的液滴顆粒時，當超聲波遇到這些液滴會產(chǎn)生散射和反射，這些液滴也會吸收超聲波，造成超聲波的衰減，從而造成測量誤差或者使測量探頭無法工作，這種現(xiàn)象在我國的北方地區(qū)，尤其是冬天更是常見。當這些液滴附著在測量探頭表面時，危害更大，一方面會使測量探頭不能工作，另一方面時間過長液滴可能會腐蝕探頭表面，使測量探頭無法使用，因此應及時通過通風和擦拭，并加裝過濾裝置，對測量探頭加裝保護罩。當液滴顆粒較小且沒有附著在探頭表面時，也可以采用大功率的探頭或雙探頭測量方式解決。
5．測量液位液面引起的故障
當被測液位液面附有其他雜質或液面很不平時，超聲波遇到漫反射或波束反射到其他方向，而回到測量探頭的超聲波很少，超出測量探頭靈敏度范圍，這樣測量探頭測不到波束，不能反映，無法正常工作，這時應在測量探頭的下方放置鐵絲圍井等方式。
6．安裝方式引起的故障
超聲波液位計是有盲區(qū)的，如同人的眼睛一樣，盲區(qū)是當物體離眼睛非常近的時候，反而看不清楚了，這一段距離就叫盲區(qū)。
超聲波液位計的盲區(qū)，根據(jù)量程的不同，盲區(qū)也不同。量程越小，則盲區(qū)越小，量程越大，則盲區(qū)越大。但一般在30～50cm之間。所以，在安裝超聲波液位計的時，盲區(qū)一定要考慮進去。
超聲波液位計的測量探頭（換能器）應垂直安裝到合適的位置，當安裝傾斜時，測量探頭發(fā)出的超聲波束就會反射到其他方向，這時，測量探頭收不到超聲波束，就不能正常工作，所以應校正重新安裝，當測量探頭距液面過近或過遠時，也影響測量，所以測量探頭應安裝到距離液面合適的位置，使液面高度變化范圍在測量探頭的測量范圍內(nèi)，液面最高應在盲區(qū)距離外。
計為Uson-11系列超聲波液位計采用微處理器程序控制技術以及智能信號處理技術，測量高效、精準。EMC設計符合IEC61000-4(GB/T17626.2)標準，確保該液位計能夠在強干擾的苛刻嘈雜工業(yè)環(huán)境中穩(wěn)定可靠工作。現(xiàn)有5米、10米、15米三種量程可選。一般地，量程為5m/10m時，其盲區(qū)≤0.3m，量程為15m時，其盲區(qū)≤0.6m。
以上就是“超聲波液位計的工作原理和故障原因”的相關介紹，如欲了解更多物位開關（料位開關、液位開關）、物位計（料位計、液位計）等物位測量儀表方面的知識，歡迎關注微信公眾號：Jiweimeter。
一、超聲波液位計的測量原理
超聲波液位計在測量中，超聲波脈沖由傳感器（換能器）發(fā)出，經(jīng)物體表面反射后被同一傳感器（換能器）接收，并轉換成電信號，由超聲波的發(fā)射和接收之間的時間來計算傳感器（換能器）到被測液位的距離。
所以，超聲波液位計就是利用超聲波遇到不同物質的界面產(chǎn)生反射，通過測量回聲距離的原理，根據(jù)超聲波的發(fā)射和接收進行測量的。
由于超聲波的發(fā)射和接收是一個來回，所以實際的測量距離值用公式表示就是：S=C×T/2。其中，S為測量距離值，C為聲速，T為傳輸時間。
超聲波在空氣中傳輸?shù)乃俣仁枪潭ǖ?，池子的深度或罐體的高度也是一定的。實際的液位就是池子或罐體等容器的深度減去超聲波測量的距離，就是液位或物位的高度。由此，就實現(xiàn)了超聲波對液位的測量。
二、超聲波液位計故障發(fā)生原因
1．超聲波傳播速度C引起的測量不準
由于超聲波在不同介質中的傳播速度C不同，如0℃時，空氣中聲波傳播速度約為331m/s，在水蒸氣中為403m/s，且隨著壓力和溫度變化，傳播速度C也會發(fā)生變化，當溫度為100℃，空氣中聲波傳播速度由0℃時的331m/s增加為387m/s，并且測量探頭越接近液面?zhèn)鞑ニ俣菴變化越顯著，這樣由于傳播速度C的變化和不確定產(chǎn)生的測量誤差，必須通過物理標定或采用壓力、溫度補償?shù)绒k法來減少測量中的誤差，現(xiàn)在也有許多測量探頭帶有壓力、溫度補償功能，當壓力和溫度穩(wěn)定時，也可以直接通過整定壓力和溫度值到當前值，進行壓力和溫度補償。
2．由于電源電壓波動引起的測量不準
對于單探頭的測量裝置，同一測量探頭既做發(fā)射器又做接收器，那么在發(fā)射超聲波時，當探頭上加了較高的激勵電壓，會使盲區(qū)距離加大，且有可能超出測量的范圍；當探頭上電壓過低，由于測量距離較遠，可能接收不到回返的信號，致使不能正常工作，或產(chǎn)生測量誤差，這時就需要調(diào)整電源電壓到額定值，使探頭正常工作。
3．所選測量的量程不合適
由于盲區(qū)距離的存在及超聲波在傳播過程中會產(chǎn)生衰減，因此利用超聲波測量液位有一定的測量范圍，而不是無限制的，所以應選擇合適的探頭及工作方式。
4．測量傳播介質引起的故障
在測量中，傳播介質中含有較大的液滴顆粒時，當超聲波遇到這些液滴會產(chǎn)生散射和反射，這些液滴也會吸收超聲波，造成超聲波的衰減，從而造成測量誤差或者使測量探頭無法工作，這種現(xiàn)象在我國的北方地區(qū)，尤其是冬天更是常見。當這些液滴附著在測量探頭表面時，危害更大，一方面會使測量探頭不能工作，另一方面時間過長液滴可能會腐蝕探頭表面，使測量探頭無法使用，因此應及時通過通風和擦拭，并加裝過濾裝置，對測量探頭加裝保護罩。當液滴顆粒較小且沒有附著在探頭表面時，也可以采用大功率的探頭或雙探頭測量方式解決。
5．測量液位液面引起的故障
當被測液位液面附有其他雜質或液面很不平時，超聲波遇到漫反射或波束反射到其他方向，而回到測量探頭的超聲波很少，超出測量探頭靈敏度范圍，這樣測量探頭測不到波束，不能反映，無法正常工作，這時應在測量探頭的下方放置鐵絲圍井等方式。
6．安裝方式引起的故障
超聲波液位計是有盲區(qū)的，如同人的眼睛一樣，盲區(qū)是當物體離眼睛非常近的時候，反而看不清楚了，這一段距離就叫盲區(qū)。
超聲波液位計的盲區(qū)，根據(jù)量程的不同，盲區(qū)也不同。量程越小，則盲區(qū)越小，量程越大，則盲區(qū)越大。但一般在30～50cm之間。所以，在安裝超聲波液位計的時，盲區(qū)一定要考慮進去。
超聲波液位計的測量探頭（換能器）應垂直安裝到合適的位置，當安裝傾斜時，測量探頭發(fā)出的超聲波束就會反射到其他方向，這時，測量探頭收不到超聲波束，就不能正常工作，所以應校正重新安裝，當測量探頭距液面過近或過遠時，也影響測量，所以測量探頭應安裝到距離液面合適的位置，使液面高度變化范圍在測量探頭的測量范圍內(nèi)，液面最高應在盲區(qū)距離外。
計為Uson-11系列超聲波液位計采用微處理器程序控制技術以及智能信號處理技術，測量高效、精準。EMC設計符合IEC61000-4(GB/T17626.2)標準，確保該液位計能夠在強干擾的苛刻嘈雜工業(yè)環(huán)境中穩(wěn)定可靠工作。現(xiàn)有5米、10米、15米三種量程可選。一般地，量程為5m/10m時，其盲區(qū)≤0.3m，量程為15m時，其盲區(qū)≤0.6m。
以上就是“超聲波液位計的工作原理和故障原因”的相關介紹，如欲了解更多物位開關（料位開關、液位開關）、物位計（料位計、液位計）等物位測量儀表方面的知識，歡迎關注微信公眾號：Jiweimeter。
（深圳計為自動化技術有限公司市場部2021年4月26日發(fā)布）
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