超聲波物位儀表

超聲波物位儀表，是測(cè)量液態(tài)和粉粒狀材料的液面和裝載高度的工業(yè)自動(dòng)化儀表，是一種非接觸式物位儀表，與雷達(dá)物位儀表一起稱為物位儀表的兩大主流。超聲波物位儀表的傳感器發(fā)出的超聲波碰到被測(cè)介質(zhì)被反射，反射回波的質(zhì)量反映了物位儀表的應(yīng)用效果?；夭ㄙ|(zhì)量定義為最小回波幅度（在最惡劣條件下回波幅度）比最大噪聲幅度（虛假回波、多徑反射回波等的幅度）?；夭ㄙ|(zhì)量數(shù)值越大，物位計(jì)應(yīng)用效果越好。超聲波物位儀表的傳感器高頻（40-70KHz）工作時(shí)，傳感器的尺寸小，盲區(qū)小，方向性好，精度高，但其聲波衰減快，傳播介質(zhì)（空氣）波動(dòng)時(shí)穿透性差，測(cè)距較小。傳感器低頻（10-20KHz）工作時(shí)，傳感器尺寸大，盲區(qū)大，方向性不好，精度低，其優(yōu)勢(shì)是聲波衰減慢，傳播介質(zhì)（空氣）波動(dòng)時(shí)穿透性較好，測(cè)距稍遠(yuǎn)。

傳感器發(fā)出的超聲波碰到被測(cè)介質(zhì)被反射，反射回波的質(zhì)量反映了物位計(jì)應(yīng)用效果?；夭ㄙ|(zhì)量定義為最小回波幅度(在最惡劣條件下回波幅度)比最大噪聲幅度(虛假回波、多徑反射回波等的幅度)?；夭ㄙ|(zhì)量數(shù)值越大，物位計(jì)應(yīng)用效果越好。

超聲波物位計(jì)工作頻率及測(cè)量性能:傳感器高頻(40-70KHz)工作時(shí)，傳感器的尺寸小，盲區(qū)小，方向性好，精度高，但其聲波衰減快，傳播介質(zhì)(空氣)波動(dòng)時(shí)穿透性差，測(cè)距較小。傳感器低頻(10-20KHz)工作時(shí)，傳感器尺寸大，盲區(qū)大，方向性不好，精度低，其優(yōu)勢(shì)是聲波衰減慢，傳播介質(zhì)(空氣)波動(dòng)時(shí)穿透性較好，測(cè)距稍遠(yuǎn)。

超聲波的回波強(qiáng)度主要受以下兩個(gè)因素影響:

1.傳播介質(zhì)越穩(wěn)定越有利于傳播。

超聲波是機(jī)械波。機(jī)械波在傳播過程中會(huì)受到傳播介質(zhì)穩(wěn)定程度的影響。例如:有一池塘水，當(dāng)風(fēng)平浪靜時(shí)， 往池塘中扔一石子就可看到水波紋，當(dāng)大風(fēng)使池塘水起波浪時(shí)，往池塘中扔很大的石頭都難看到水波紋。引起空氣波動(dòng)因素很多，如:粉塵，氣浪，蒸汽，料流等都會(huì)引起空氣波動(dòng)，降低回波質(zhì)量，影響測(cè)量效果。當(dāng)粉塵，氣浪等現(xiàn)象嚴(yán)重時(shí)，建議用低頻超聲波物位計(jì)來測(cè)量。

2.被測(cè)介質(zhì)表面越平整，聲阻抗越大(越硬)越有利于反射回波。

在固體測(cè)量時(shí)，被測(cè)表面都是不平的，有一定的安息角。在這種條件下的反射波是漫反射波。由于反射與波長(zhǎng)有關(guān)，當(dāng)反射面的線度可與波長(zhǎng)相比時(shí)或更大時(shí)，才能發(fā)生反射。顯然，工作頻率越高，其波長(zhǎng)越小，對(duì)于較小的物料，更易于發(fā)生漫反射。例如，頻率為10KHz的機(jī)械波在空氣中的波長(zhǎng)是34mm，大多數(shù)情況下，物料的線度都不會(huì)有這么大。此外，低頻工作時(shí)，發(fā)射波的開角大，回波就會(huì)很寬。這時(shí)測(cè)得的數(shù)據(jù)也就不準(zhǔn)了，有時(shí)會(huì)差幾百毫米甚至1米或更多。因此，測(cè)量顆粒較小的固體料位，建議使用高頻超聲波物位計(jì)。

綜上述，考慮現(xiàn)場(chǎng)工況時(shí)，應(yīng)特別注意兩個(gè)方面:換能器到被測(cè)介質(zhì)間的空氣狀態(tài)和被測(cè)介質(zhì)的表面狀態(tài)。

超聲波物位計(jì)的選擇:

1.換能器

生產(chǎn)商給出的最大量程一般是在實(shí)驗(yàn)室條件下才能達(dá)到。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，選擇量程時(shí)，要留有余量。應(yīng)確保測(cè)量距離為儀表最大量程的0.3-0.5倍。最好有應(yīng)用案例。

2.控制表

應(yīng)選擇有回波顯示功能的控制表。由于物位測(cè)量工況的不確定性，物位計(jì)的工作性能僅用數(shù)字表示是不夠的?；夭@示是將換能器到被測(cè)介質(zhì)之間全過程的回波顯示出來。盲區(qū)附近的波形狀況，真實(shí)回波、虛假回波以及雜散噪聲的幅度、寬度以及信噪比等有關(guān)測(cè)量性能的因素通過回波曲線的形式全面反映出來，使用戶做到一目了然，心中有數(shù)。

一臺(tái)好的超聲波物位計(jì)應(yīng)具備的性能:頻率高、發(fā)射波開角小(方向性好)，換能器諧振好(盲區(qū)小)，換能器要起振快，剎車快，諧振頻率準(zhǔn)。全量程回波處理動(dòng)態(tài)范圍大(100-120dB)，回波圖形顯示。在多虛假回波的工況下，回波波形不斷變化時(shí)，物位計(jì)應(yīng)能準(zhǔn)確地捕獲真實(shí)回波。因此，物位計(jì)的回波 處理軟件應(yīng)具有良好的算法(是一種物位測(cè)量應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)積累的總和)。

超聲波物位計(jì)目前市場(chǎng)價(jià)值:由于雷達(dá)技術(shù)的普及和發(fā)展以及雷達(dá)的技術(shù)特點(diǎn)，在物位測(cè)量中，超聲波物位計(jì)有被雷達(dá)物位計(jì)取代的趨勢(shì)。綜合性價(jià)比分析，在液位測(cè)量方面，超聲波物位計(jì)還有市場(chǎng)。

物位儀表，又稱料位計(jì)，是用來測(cè)量料倉/容罐/倉儲(chǔ)等料位的計(jì)量?jī)x表，并將料位信號(hào)（開關(guān)量或連續(xù)量）轉(zhuǎn)換為電信號(hào)（模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)）傳送到PLC/DCS上，輔助自動(dòng)化系統(tǒng)控制卸料、加料或停止進(jìn)料，保持料倉內(nèi)料位高度。

料位計(jì)又稱為料位儀表，料位傳感器，料位儀，料位變送器、物位計(jì)、物位儀表等。

料位計(jì)可測(cè)量各種狀態(tài)的物料，如液態(tài)、漿液狀、灰狀、粉狀、顆粒狀、塊狀等的物料料位，廣泛應(yīng)用于如下各個(gè)行業(yè)：

超聲波物位計(jì)的應(yīng)用主要是考慮換能器(探頭)的選擇。最好不用于固體物位測(cè)量。

雷達(dá)物位計(jì)的應(yīng)用是考慮天線和頻率的選擇。頻率有6GHz和26GHz兩種，由于6GHz屬于淘汰產(chǎn)品，應(yīng)盡量選用26GHz雷達(dá)物位計(jì)。26GHz天線種類很多，各有特點(diǎn):

GDRD55天線，全四氟(PTFE)密封天線，適合工況較好(測(cè)距短，液面穩(wěn)定)的液體，腐蝕性液體。少量的揮發(fā)物對(duì)天線只造成輕微污染。

GDRD56,58天線:1，不繡鋼喇叭天線，適合較干凈沒有揮發(fā)物的工況。2，不繡鋼喇叭加PTFE罩天線，適合有揮發(fā)物，粉塵的工況。3，全朔料天線帶PTFE罩天線，適合有揮發(fā)物，粉塵，凝結(jié)的工況。4，不繡鋼喇叭帶吹掃天線，經(jīng)壓縮空氣做吹掃風(fēng)，適合對(duì)天線污染嚴(yán)重工況。5，加天線延長(zhǎng)管和散熱管，可用于超高溫工況(如鋼水)。

GDRD57，全四氟(PTFE)密封自滴型平面天線，適合食品衛(wèi)生工況。

導(dǎo)波雷達(dá)物位計(jì)的導(dǎo)波纜繩就是導(dǎo)波雷達(dá)的天線，可參照選型手冊(cè)選用。