PDF《超声波物位计的原理和运用》

超声波物位计的原理和运用 上官明禹 超声波物位计也称超声波液位计,超声波水位计,超声波料 位计.

是一种优良的非接触的界面测量设备.适合石油、化工、自 来水、污水处理、水利水文、钢铁、煤矿、电力、交通以及食品加工等行业. 它安装,操作简便,适用性广,价格低廉.是一种物美价廉的物 位物位、液位测量设备.

一、超声波物位计的原理:超声波物位计安装于容器上部, 在电子单元的控制下,探头向被测物体发射一束超声波脉冲.声 波被物体表面反射,部分反射回波由探头接收并转换为电信号. 从超声波发射到被重新被接收, 其时间与探头至被测物体的距离 成正比.电子单元检测该时间,并根据已知的声速计算出被测距 离. 用探头到罐底的距离-探头到液位的距离 =实际液位或者 物位高度.把液位高度转换成4~20mA电流信号、1~5V 电压信号输出.或者通过485通信,Hart通信,GPRS 通信传输到控制中心.由于温度对声速具有较大的影响,所以仪 表应测量环境温度,以修正声速.超声物位计的测量原理见图 (1) 图(1)

二、超声波物位计运用的系统框图:见图(2) 在系统运用中,由超声物位计测量液位的高度并转换成标准信 号送到控制中心.控制中心检测到仪表送来的液位信息,并根据 液位的高度和实际需要来对加料或者减料进行控制. 控制中心电源物位仪表检测液位物位高度物位高度加料控制减料控制需要加料需要减料图(2)

三、超声物位计的主要的几个技术指标

1、 量程和盲区:量程和盲区是反映超声物位计的两个重要的 指标. 量程代表的是这个物位计能测量的最大范围.反映的是换 能器的灵敏度.也就是说,量程越大,灵敏度越高.大部分厂家 标称的量程都是针对平整液面来说的,也就是说实际测量的时 候,液位波动,表面有漂浮物,测量是固体料位,有粉尘,有蒸 汽,都是有可能导致量程不能达到标称的值.比如50m量程的 设备,如果测玉米的时候,实际只能测到20m. 盲区是反映换能器好坏的重要指标.盲区也称死区,超声 液位计测量不到的一段距离,他是由于超声换能器的余震造成 的.比如盲区30cm,也就是说,在液面跟探头的距离小于3 0cm的时候, 将会出现不能测量的情况. 那么相同量程的产品, 盲区越小,说明这个换能器的设计越好.对一些密闭罐体或者短 量程的测量来说,安装会越方便.因此盲区成为相同量程产品衡 量换能器做得好坏的一个重要指标.

2、 温度和精度. 温度范围大部分标称是-20~60°C这个范围.因为 大部分用液晶显示的物位计,液晶屏的工作温度只能在这个范 围,超出这个范围,液晶显示都会出现不正常现象.如果不考虑 液晶显示的限制,一般都可以做到-40~80°C的范围.压 电陶瓷有个居里温度约

300 度.居里温度的一般是安全温度,所 以一般情况下,超声换能器的工作温度很难超过

150 度.当超过 150°C温度的时候,很容易对里面的压电陶瓷损坏.因此

150 度可以看成是一个绝对破坏温度.另外超声换能器制造过程用的 部分材料,不能在100°C以上的温度长时间工作.大部分换 能器的极限温度是 100°C. 为什么把精度和温度放在一起考虑,因为在空气中,温度 测量误差1°C,对声速的影响是 0.6m/S,20°C,1个大气压 下声速约为 340m/S. 因此可以算出, 对测量误差的影响是 0.17 %,也就是说,如果温度测量误差超过3°C,物位测量误差就 超过大部分厂家 0.5%的标称范围.因此实际 0.5%的精度针对的 是常温常压下的.对偏高和偏低的温度,都有可能导致测量精度 超过 0.5%的情况.有温度梯度,温度变化快的场合,测量误差 也会因此增大.另外对测量精度影响最大的是气体成份.也就是 说在一些挥发性液体的场合,因为液体的挥发导致空气成分变 化,接着导致气体声速变化引起的测量误差.