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超聲波液位計(jì)的工作原理和故障原因
2021-04-26
超聲波液位計(jì)是由微處理器控制的非接觸式連續(xù)量液位測(cè)量?jī)x表。安裝簡(jiǎn)單、測(cè)量方便，且不受液體的粘度、密度等影響，且因其無(wú)機(jī)械可動(dòng)部分，可靠性較高，維護(hù)工作量小，在液位測(cè)量中具有廣泛的應(yīng)用。但測(cè)量精度相對(duì)較低，測(cè)量存在盲區(qū)，不可在壓力容器中測(cè)量，也不能用于測(cè)量易揮發(fā)性介質(zhì)。正是由于超聲波液位計(jì)本身的局限性，使之在使用過(guò)程中，如果不加注意，容易出現(xiàn)一些故障。為幫助用戶(hù)更好地使用超聲波液位計(jì)，本文重點(diǎn)談?wù)劤暡ㄒ何挥?jì)的工作原理和故障原因。
一、超聲波液位計(jì)的測(cè)量原理
超聲波液位計(jì)在測(cè)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(zhuǎn)換成電信號(hào)，由超聲波的發(fā)射和接收之間的時(shí)間來(lái)計(jì)算傳感器（換能器）到被測(cè)液位的距離。
所以，超聲波液位計(jì)就是利用超聲波遇到不同物質(zhì)的界面產(chǎn)生反射，通過(guò)測(cè)量回聲距離的原理，根據(jù)超聲波的發(fā)射和接收進(jìn)行測(cè)量的。
由于超聲波的發(fā)射和接收是一個(gè)來(lái)回，所以實(shí)際的測(cè)量距離值用公式表示就是：S=C×T/2。其中，S為測(cè)量距離值，C為聲速，T為傳輸時(shí)間。
超聲波在空氣中傳輸?shù)乃俣仁枪潭ǖ模刈拥纳疃然蚬摅w的高度也是一定的。實(shí)際的液位就是池子或罐體等容器的深度減去超聲波測(cè)量的距離，就是液位或物位的高度。由此，就實(shí)現(xiàn)了超聲波對(duì)液位的測(cè)量。
二、超聲波液位計(jì)故障發(fā)生原因
1．超聲波傳播速度C引起的測(cè)量不準(zhǔn)
由于超聲波在不同介質(zhì)中的傳播速度C不同，如0℃時(shí)，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(huì)發(fā)生變化，當(dāng)溫度為100℃，空氣中聲波傳播速度由0℃時(shí)的331m/s增加為387m/s，并且測(cè)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(cè)量誤差，必須通過(guò)物理標(biāo)定或采用壓力、溫度補(bǔ)償?shù)绒k法來(lái)減少測(cè)量中的誤差，現(xiàn)在也有許多測(cè)量探頭帶有壓力、溫度補(bǔ)償功能，當(dāng)壓力和溫度穩(wěn)定時(shí)，也可以直接通過(guò)整定壓力和溫度值到當(dāng)前值，進(jìn)行壓力和溫度補(bǔ)償。
2．由于電源電壓波動(dòng)引起的測(cè)量不準(zhǔn)
對(duì)于單探頭的測(cè)量裝置，同一測(cè)量探頭既做發(fā)射器又做接收器，那么在發(fā)射超聲波時(shí)，當(dāng)探頭上加了較高的激勵(lì)電壓，會(huì)使盲區(qū)距離加大，且有可能超出測(cè)量的范圍；當(dāng)探頭上電壓過(guò)低，由于測(cè)量距離較遠(yuǎn)，可能接收不到回返的信號(hào)，致使不能正常工作，或產(chǎn)生測(cè)量誤差，這時(shí)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(cè)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(guò)程中會(huì)產(chǎn)生衰減，因此利用超聲波測(cè)量液位有一定的測(cè)量范圍，而不是無(wú)限制的，所以應(yīng)選擇合適的探頭及工作方式。
4．測(cè)量傳播介質(zhì)引起的故障
在測(cè)量中，傳播介質(zhì)中含有較大的液滴顆粒時(shí)，當(dāng)超聲波遇到這些液滴會(huì)產(chǎn)生散射和反射，這些液滴也會(huì)吸收超聲波，造成超聲波的衰減，從而造成測(cè)量誤差或者使測(cè)量探頭無(wú)法工作，這種現(xiàn)象在我國(guó)的北方地區(qū)，尤其是冬天更是常見(jiàn)。當(dāng)這些液滴附著在測(cè)量探頭表面時(shí)，危害更大，一方面會(huì)使測(cè)量探頭不能工作，另一方面時(shí)間過(guò)長(zhǎng)液滴可能會(huì)腐蝕探頭表面，使測(cè)量探頭無(wú)法使用，因此應(yīng)及時(shí)通過(guò)通風(fēng)和擦拭，并加裝過(guò)濾裝置，對(duì)測(cè)量探頭加裝保護(hù)罩。當(dāng)液滴顆粒較小且沒(méi)有附著在探頭表面時(shí)，也可以采用大功率的探頭或雙探頭測(cè)量方式解決。
5．測(cè)量液位液面引起的故障
當(dāng)被測(cè)液位液面附有其他雜質(zhì)或液面很不平時(shí)，超聲波遇到漫反射或波束反射到其他方向，而回到測(cè)量探頭的超聲波很少，超出測(cè)量探頭靈敏度范圍，這樣測(cè)量探頭測(cè)不到波束，不能反映，無(wú)法正常工作，這時(shí)應(yīng)在測(cè)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(jì)是有盲區(qū)的，如同人的眼睛一樣，盲區(qū)是當(dāng)物體離眼睛非常近的時(shí)候，反而看不清楚了，這一段距離就叫盲區(qū)。
超聲波液位計(jì)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(jì)的時(shí)，盲區(qū)一定要考慮進(jìn)去。
超聲波液位計(jì)的測(cè)量探頭（換能器）應(yīng)垂直安裝到合適的位置，當(dāng)安裝傾斜時(shí)，測(cè)量探頭發(fā)出的超聲波束就會(huì)反射到其他方向，這時(shí)，測(cè)量探頭收不到超聲波束，就不能正常工作，所以應(yīng)校正重新安裝，當(dāng)測(cè)量探頭距液面過(guò)近或過(guò)遠(yuǎn)時(shí)，也影響測(cè)量，所以測(cè)量探頭應(yīng)安裝到距離液面合適的位置，使液面高度變化范圍在測(cè)量探頭的測(cè)量范圍內(nèi)，液面最高應(yīng)在盲區(qū)距離外。
計(jì)為Uson-11系列超聲波液位計(jì)采用微處理器程序控制技術(shù)以及智能信號(hào)處理技術(shù)，測(cè)量高效、精準(zhǔn)。EMC設(shè)計(jì)符合IEC61000-4(GB/T17626.2)標(biāo)準(zhǔn)，確保該液位計(jì)能夠在強(qiáng)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(shí)，其盲區(qū)≤0.3m，量程為15m時(shí)，其盲區(qū)≤0.6m。
以上就是“超聲波液位計(jì)的工作原理和故障原因”的相關(guān)介紹，如欲了解更多物位開(kāi)關(guān)（料位開(kāi)關(guān)、液位開(kāi)關(guān)）、物位計(jì)（料位計(jì)、液位計(jì)）等物位測(cè)量?jī)x表方面的知識(shí)，歡迎關(guān)注微信公眾號(hào)：Jiweimeter。
一、超聲波液位計(jì)的測(cè)量原理
超聲波液位計(jì)在測(cè)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(zhuǎn)換成電信號(hào)，由超聲波的發(fā)射和接收之間的時(shí)間來(lái)計(jì)算傳感器（換能器）到被測(cè)液位的距離。
所以，超聲波液位計(jì)就是利用超聲波遇到不同物質(zhì)的界面產(chǎn)生反射，通過(guò)測(cè)量回聲距離的原理，根據(jù)超聲波的發(fā)射和接收進(jìn)行測(cè)量的。
由于超聲波的發(fā)射和接收是一個(gè)來(lái)回，所以實(shí)際的測(cè)量距離值用公式表示就是：S=C×T/2。其中，S為測(cè)量距離值，C為聲速，T為傳輸時(shí)間。
超聲波在空氣中傳輸?shù)乃俣仁枪潭ǖ模刈拥纳疃然蚬摅w的高度也是一定的。實(shí)際的液位就是池子或罐體等容器的深度減去超聲波測(cè)量的距離，就是液位或物位的高度。由此，就實(shí)現(xiàn)了超聲波對(duì)液位的測(cè)量。
二、超聲波液位計(jì)故障發(fā)生原因
1．超聲波傳播速度C引起的測(cè)量不準(zhǔn)
由于超聲波在不同介質(zhì)中的傳播速度C不同，如0℃時(shí)，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(huì)發(fā)生變化，當(dāng)溫度為100℃，空氣中聲波傳播速度由0℃時(shí)的331m/s增加為387m/s，并且測(cè)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(cè)量誤差，必須通過(guò)物理標(biāo)定或采用壓力、溫度補(bǔ)償?shù)绒k法來(lái)減少測(cè)量中的誤差，現(xiàn)在也有許多測(cè)量探頭帶有壓力、溫度補(bǔ)償功能，當(dāng)壓力和溫度穩(wěn)定時(shí)，也可以直接通過(guò)整定壓力和溫度值到當(dāng)前值，進(jìn)行壓力和溫度補(bǔ)償。
2．由于電源電壓波動(dòng)引起的測(cè)量不準(zhǔn)
對(duì)于單探頭的測(cè)量裝置，同一測(cè)量探頭既做發(fā)射器又做接收器，那么在發(fā)射超聲波時(shí)，當(dāng)探頭上加了較高的激勵(lì)電壓，會(huì)使盲區(qū)距離加大，且有可能超出測(cè)量的范圍；當(dāng)探頭上電壓過(guò)低，由于測(cè)量距離較遠(yuǎn)，可能接收不到回返的信號(hào)，致使不能正常工作，或產(chǎn)生測(cè)量誤差，這時(shí)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(cè)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(guò)程中會(huì)產(chǎn)生衰減，因此利用超聲波測(cè)量液位有一定的測(cè)量范圍，而不是無(wú)限制的，所以應(yīng)選擇合適的探頭及工作方式。
4．測(cè)量傳播介質(zhì)引起的故障
在測(cè)量中，傳播介質(zhì)中含有較大的液滴顆粒時(shí)，當(dāng)超聲波遇到這些液滴會(huì)產(chǎn)生散射和反射，這些液滴也會(huì)吸收超聲波，造成超聲波的衰減，從而造成測(cè)量誤差或者使測(cè)量探頭無(wú)法工作，這種現(xiàn)象在我國(guó)的北方地區(qū)，尤其是冬天更是常見(jiàn)。當(dāng)這些液滴附著在測(cè)量探頭表面時(shí)，危害更大，一方面會(huì)使測(cè)量探頭不能工作，另一方面時(shí)間過(guò)長(zhǎng)液滴可能會(huì)腐蝕探頭表面，使測(cè)量探頭無(wú)法使用，因此應(yīng)及時(shí)通過(guò)通風(fēng)和擦拭，并加裝過(guò)濾裝置，對(duì)測(cè)量探頭加裝保護(hù)罩。當(dāng)液滴顆粒較小且沒(méi)有附著在探頭表面時(shí)，也可以采用大功率的探頭或雙探頭測(cè)量方式解決。
5．測(cè)量液位液面引起的故障
當(dāng)被測(cè)液位液面附有其他雜質(zhì)或液面很不平時(shí)，超聲波遇到漫反射或波束反射到其他方向，而回到測(cè)量探頭的超聲波很少，超出測(cè)量探頭靈敏度范圍，這樣測(cè)量探頭測(cè)不到波束，不能反映，無(wú)法正常工作，這時(shí)應(yīng)在測(cè)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(jì)是有盲區(qū)的，如同人的眼睛一樣，盲區(qū)是當(dāng)物體離眼睛非常近的時(shí)候，反而看不清楚了，這一段距離就叫盲區(qū)。
超聲波液位計(jì)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(jì)的時(shí)，盲區(qū)一定要考慮進(jìn)去。
超聲波液位計(jì)的測(cè)量探頭（換能器）應(yīng)垂直安裝到合適的位置，當(dāng)安裝傾斜時(shí)，測(cè)量探頭發(fā)出的超聲波束就會(huì)反射到其他方向，這時(shí)，測(cè)量探頭收不到超聲波束，就不能正常工作，所以應(yīng)校正重新安裝，當(dāng)測(cè)量探頭距液面過(guò)近或過(guò)遠(yuǎn)時(shí)，也影響測(cè)量，所以測(cè)量探頭應(yīng)安裝到距離液面合適的位置，使液面高度變化范圍在測(cè)量探頭的測(cè)量范圍內(nèi)，液面最高應(yīng)在盲區(qū)距離外。
計(jì)為Uson-11系列超聲波液位計(jì)采用微處理器程序控制技術(shù)以及智能信號(hào)處理技術(shù)，測(cè)量高效、精準(zhǔn)。EMC設(shè)計(jì)符合IEC61000-4(GB/T17626.2)標(biāo)準(zhǔn)，確保該液位計(jì)能夠在強(qiáng)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(shí)，其盲區(qū)≤0.3m，量程為15m時(shí)，其盲區(qū)≤0.6m。
以上就是“超聲波液位計(jì)的工作原理和故障原因”的相關(guān)介紹，如欲了解更多物位開(kāi)關(guān)（料位開(kāi)關(guān)、液位開(kāi)關(guān)）、物位計(jì)（料位計(jì)、液位計(jì)）等物位測(cè)量?jī)x表方面的知識(shí)，歡迎關(guān)注微信公眾號(hào)：Jiweimeter。
（深圳計(jì)為自動(dòng)化技術(shù)有限公司市場(chǎng)部2021年4月26日發(fā)布）
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