超聲波物位計(jì)

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：

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

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)。

1、量程。代表超聲波物位計(jì)所能測(cè)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(jì)可以配置不同量程的換能器。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。

超聲波物位計(jì)是集超聲、電子、軟件于一身的高科技產(chǎn)品，國(guó)內(nèi)自主研制的儀表，是各類工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量液位、料位的首選儀器。該超聲波物位計(jì)的各項(xiàng)指標(biāo)均已達(dá)到了國(guó)際同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平，可全面替代進(jìn)口的超聲波物位計(jì)。

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)。

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。

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。

最大量程可達(dá)40m 固體料位測(cè)量可達(dá)25m。

最小分辨率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。

專利的換能器結(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。

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。

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)最高料位

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)。物料最高料位不得高于盲區(qū)。

2)最低料位

最低料位也就是使超聲波能到達(dá)的距離傳感器的最遠(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(yǔ)

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。

超聲波物位計(jì)也常稱之為超聲波料位計(jì)。超聲波物位計(jì)利用超聲波收發(fā)測(cè)量時(shí)間差原理來測(cè)得液體液位或者固體物料的高度。

固體式超聲波物位計(jì)具有自動(dòng)功率調(diào)整，增益控制，溫度補(bǔ)償，先進(jìn)的檢測(cè)技術(shù)和計(jì)算技術(shù)，提高了儀表的測(cè)量精度，豐富的SIEMENS類的軟件功能對(duì)干擾回波有抑制功能，廣泛應(yīng)用于電力、冶金、化工、建筑、糧食、給排水等行業(yè)，既可測(cè)量液體物料也可測(cè)量固體物料。