超声波液位计原理

物位测量过程中，超声波信号由超声波探头发出，经液体或固体物料表面反射后折回，由同一个探头接收，测量超声波的整个运行时间 ，从而实现物位的测量。声波传输距离 与声速 和声传输时间 的关系可用公式表示:

超声波物位计的算式L:超声波探头距所测料面距离。单位:m;

v:经温度补偿后的声速值。单位:m/s;

t:测量范围内声波的运行时间。单位:s

超声波液位计用途

液位和料位测量是工业上经常遇到的一个问题，超声测位技术有很多优点，它不仅能定点和连续测位，而且能方便的提供遥测或遥控所需的信号。与放射性测位技术相比，超声技术不需要防护，与激光测距技术相比，它又有简单和经济的优点，同时超声技术一般不需要运动部件，所以在安装和维护上又相应比较方便。超声波物位计可广泛应用于石油、矿业、发电厂、化工厂、水处理厂、污水处理站、农业用水、环保监测、食品(酿酒业，饮料业、添加剂、食用油、奶制品)、抗洪防汛、水文监测、明渠、空间定位等许多行业。

主要指标介绍

1、量程。代表超声波物位计所能测量的大范围，反映的是换能器的灵敏度。量程越大，灵敏度越高。超声波物位计可以配置4、6、8、10、20、30m等不同量程的换能器。当超声波衰减快，界面反射差时，为避免超声波探头接收到的超声波信号过弱，而无法与噪音信号区分，就需要增大换能器的发射功率。

2、盲区。也叫死区，就是超声波物位计测量不到的一段距离。超声波物位计在发射超声波脉冲时，不能同时检测反射回波。由于发射的超声波脉冲具有一定的时间宽度，同时发射完超声波后传感器还有余振，期间不能检测反射回波，因此从探头表面向下开始的一小段距离无法正常检测，这段距离称为盲区。相同量程的产品，盲区越小，就说明这个换能器的设计越好。

3、温度。正常范围是-10~60摄氏度。虽然压电陶瓷的极限工作温度一般是150摄氏度，但超声波物位计在制造过程中的大多数材料都不能在100摄氏度以上的温度长期工作。

4、精度。主要受温度变化影响较大，为保证测量精度，大多数超声波物位计都带有温度补偿功能。另外在气体成分的变化也会对超声波物位计的精度产生影响，比如一些挥发性的液体，挥发后导致空气成分变化，导致气体的声速变化，引起测量误差。在常温常压以及不受外部环境干扰情况下，大部分厂家可以将精度控制在0.5%以内。

5、两线制与三线制。两线制超声波物位计其供电(DC24v)与信号输出(DC4-20mA)共用一个回路，也就是仅使用两条线即可，不足之处是发射功率相对略微微弱一些。三线制超声波物位计实际上为四线制，其供电(DC24v)与信号输出(DC4-20mA)回路分离，各使用两条线，当它们负端共地相连时，通常使用三条线即可，其优势是发射功率较大

技术参数

●量程:液面10m，固态料面 5m

●盲区: 0.6m l 精度:量程的0.25%或1cm

●分辨率:量程的0.1%或4mm

●重复周期:200ms或可设定

●电源:220VAC 50Hz 30W

●超声波换能器AR41:

(1)工作频率 41KHz

(2)驱动电压 1800Vpp，1ms

(3)发散角度 14°

(4)工作温度 -40℃~90℃

●输出:

模拟量:

(1)4-20mA输出(带隔离)

(2)1--5V输出(带隔离)

开关量:

(1)两路单刀双掷继电器(报警、泵控等)

(2)触点容量 3A/250V(非感性负载)

●485/232通讯接口:主机、从机通过485/232通讯接口协同工作

●显示方式:四位LED或LCD

●声速补偿方式:温度补偿

●仪表工作环境温度:-20℃~50℃

●仪表壳体防护等级:IP65

超声波物位计的4个优点和6个技术特点

1.与激光测距技术相比，有简单和经济的优点;

2.超声技术一般不需要运动部件，所以在安装和维护上又相应比较方便;

3.超声波物位计不仅能定点和连续测位，而且能方便的提供遥测或遥控所需的信号;

4.超声波物位计与放射性测位技术相比，不需要防护。

技术特点

1.具有强劲发射力的换能器，表面可自清洁，利用更新的换能器结构和制造工艺，显著提高了换能器的工作性能。

2.微处理器程序控制、智能信号处理技术，可实现多种典型工况软件处理模式，使物位计能适应固体、液体、粉尘等复杂工况。

3.红外线遥控编程调节，操作简单可靠，并带有液晶现场显示。

4.非接触式连续测量，减少维护;

5.可用于测量物位、空间、距离，也可对标准或特别开关的液罐进行自动液位-体积转换;

6.带背光的液晶显示器，可按标准工程单位进行显示。

超声波物位计缺点

1、当超声波传播介质密度发生变化，声速也将发生变化，严重影响测量精度;

2、超声波物位计对温度压力比较敏感，所以一般需要在常温常压下测量。

3、有些物质对超声波有强烈吸收作用，选用测量方法和测量仪器时要充分考虑液位测量的具体情况和条件。

超声波物位计特点

大量程可达40m 固体料位测量可达25m。

小分辨率1mm。

LCD/LED大显示屏。

智能信号处理技术。

全塑料防腐外壳:防护等级IP67。

换能器结构:小量程物位计法兰安装时，对法兰接管长度无要求。

简单的按键设定参数:无需等待容器排空或加满，无需附加的遥控器。

灵活的安装方式 :螺纹(法兰)、固定孔(支架)。

探头可加长:适应寒冷地区室外密闭容器安装，防止结霜。

配有高低位双继电器:四线制提供此作用。

交流和直流供电形式可选:四线制和分体机主机提供此作用。

和微波物位计的区别

超声波物位计主要的安装方式有两种，一个是顶部安装，一个是底部安装，超声波物位计采用的也是液体导声，超声探头安装在料罐底部外，超声波从底部传入，经被测液体传播到液面，反射后传回探头。传播时间与液位的高低成正比。

微波物位计以光速传播，速度几乎不受介质特性的影响，传播衰减也很小，约0.2dB/km.回波信号强弱很大程度上取决于被测液面上的反射情况。在被测液面上的反射率除了取决于被测物料的面积和形状外，主要取决于物料的相对介电常数εr.相对介电常数高，反射率也高，得到的回波强度高;相对介电常数低，物料会吸收部分微波能量，回波强度较低。

超声波物位计的应用概况

在现场实际运用时，会有各种因素对其稳定、可靠的测量产生影响，下面我们将结合实际，讲述各种干扰对超声波物位计选用、使用、安装的影响。超声波流量计

(1)介质及环境温度的影响

超声波从物料表面反射时，其反射频率会受到物料温度的影响而发生变化，为了补偿这一变化，超声波探头内装有温度传感器，当探头向处理器发送反射信号的同时，也把温度信号送到微处理器，处理器将自动补偿由于温度对料位测量的影响。

此外，为了保证探头的可靠工作，要求环境温度不超过60℃。

(2)搅拌器对物位计测量的影响

如果物料容器内装搅拌器，它同样会反射超声波信号，造成假反射回波，并被传送到微处理器。微处理器将根据统计学原理处理真假面具回波，所以要求超声波从物料表面反射的回波应至少为从搅拌器臂反射的回波的3倍。适当降低搅拌器的转速，或将探头偏离搅拌中心，都可以有效消除搅拌器产生的假面反射对料位测量的影响。

(3)超声波物位计测量料位的极限值

1)高料位

当一束超声波脉冲向物料表面传送过程中，若收到从物料表面来的反射波，将无法进行测量，这段距离就是盲区。物料料位不得高于盲区。

2)低料位

di料位也就是使超声波能到达的距离传感器的远距离，并且使反射回波能被传感器接收。由于超声波在传播过程中的衰减以及物料表面对声波的吸收，这一传播距离对物料性质依赖性很强，对于DU33来说，可测液体范围为25m，固体范围为15m。

总之，只要仪表选型、安装适当，超声波物位计的应用效果还是比较满意的。

5 结束语

超声波类仪表(超声波流量计)是现代科学技术在工业测量中的具体运用，是高新电子技术和声学原理相结合的产物。比起常规仪表，它们的智能化更高，应用的技术更先进，也给用户带来更大方便