超声波液位计
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面议
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。是一种物美的物位物位、液位测量设备。
超声波液位计的原理:超声波液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,H a r t通信,G P R S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,已修正声速。
二.超声波液位计运用的系统
在系统运用中,由超声波液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。
三.超声波液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2 0m。
盲区是反映换能器好坏的重要指标。盲区也成死区,超声液位计测量不到的一段距离,它是由于超声换能器的余震造成的。比如盲区3 0 c m,也就是说,在液体更探头的距离小于3 0 c m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-2 0 ~6 0℃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-4 0~8 0℃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℃温度的时候,很容易对里面的压电陶瓷损坏。因此150度可以看成是一个破坏温度。另外超声波换能器制造过程用的部分材料,不能在1 0 0℃以上的温度长时间工作。大部分换能器的极限温度是1 0 0℃ 。
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℃,对声速的影响是0.6m/S,20℃,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3℃,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。
3、压力。
在负压的情况下,一般不推荐用超声测量,因为超声传播是通过气体来实现的。负压力意味着里面的空气稀薄,超声在稀薄空气下传播,一个是声速会变化,引起测量误差,二是稀薄空气里面,声波衰减增大,导致测量量程减小甚至不能测量。正压力主要是探头结构的影响,只要探头结构没有问题。不会引起漏气现象。那么在大的压力情况下超声物位计是可以工作的。
4、腐蚀性:物位计的腐蚀性主要考验的是探头的材质。在弱酸弱碱的环境下,普通的塑料外壳就可以了。用聚四氟乙烯的外壳,可以耐大部分的强酸强碱。这里要注意的是,如果被测物质有比较强腐蚀性和挥发性,那么用一体物位计的时候,好把电路板进行胶峰。因为大部分的可以防水的壳体,都不能防气体。气体进入一体设备里面后,会俯视电路板。
5、方向性和安装结构
安装结构一般有法兰和螺纹两种安装方式。不推荐使用吊装。因为吊装容易受风的影响。但安装的时候,一般要考虑盲区的影响。我们要在物理上高液面到探头表面的距离大于盲区。为了避开盲区,用加长导管安装的时候,注意的是,探头辐射面两端与导管端面两端形成的夹角大于换能器的锐角度。(锐角度:波束两侧出现个极小值之间的夹角)大部分物位计用的换能器都可以看成一个圆形活塞阵。那么锐角的角度可以通过下面的公式计算出来:换能器锐角的计算公式:θ=2arcsin(0.61λ/a)。产品标称的是一般换能器的半功率角。半功率角的计算公式为:θ-3dB=2arcsin(0.26λ/a)。这样就验证一下厂家标称的波束角是否是真实的。波束角不是越小越好,因为对大量程的产品来说,波束角太小,那么要垂直对准液面这比较困难。
λ= 波长 = 声速/频率
a = 半径, 是换能器的辐射面的半径
6、 供电方式和信号输出方式: 供电方式一般是交流电源9 5 ~ 2 3 0 VAC,24VDC
四线制,2 4VDC两线制三种。输出方式有:显示界面,电流4~ 20Ma, 电压1-5V,通信方式4 8 5通信,H a r t通信,G P R S通信等。
三、超声物位计现场使用时候的安装注意事项
1、垂直
换能器安装的时候,要换能器的发射面和要被探测的平面平行,这样声波就可以垂直发射到被测物体表面。这样可以大的能量返回。
技巧:如果现场环境有蒸汽,容易形成水珠附在探头的表面,并且探头的量成比实际要测量的距离大比较多。那么可以倾斜3度左右,这样可以避免水珠结水的影响。
2、盲区
高液位到超声波液位计探头表面的距离应大于探头的盲区。
这里需要注意的是:我们的盲区是在比较理想的状态下测得的。因此如果我们的安装的是封闭的罐体,那么盲区值好加大20%。如果因为液体会搅动,用了很长的导管来安装,那么盲区值好也加大20%为了避开盲区,我们经常会用加长导管的方式来避开盲
在利用加长导管安装的时候,角度AOB?6?9探头的锐角度。
3、罐壁和障碍物
如果罐壁是光滑的,并且液位降低的时候,不会出现挂料的情况,那么大部分距离灌壁3 0 cm的距离安装就可以。如果灌壁是粗糙的,那么探头安装的位置要远离灌壁。灌底不是平面的,那么在零液位的时候可能出现误测。如果是圆锥型底面,可以考虑把探头安装在圆锥正上方。对于圆形的横杆,只要距离超过1m,直径不超过5cm, 影响不大。否则尽量避开。但对平面的横杆,灌壁有直角的情况,要尽量的避开。
4、有搅拌和波动
如果有搅拌或者波动的场合,可以用加长导管安装。导管直接申入液位底面。导管的直径只要大于探头的辐射面即可,但是要导管的内壁光滑,并且液位升降过程中不挂料,管内液体和管外一致。如果大量程不适合用导管安装的,可以减小量程使用,具体减小多少要看波浪的大小。
四、超声波液位计和雷达射频导纳物位测量设备相比的优缺点
产品
优点
缺点
超声波物位计
安装方便,性能稳定,测量精度高,价格低廉。
对温度,粉尘,蒸汽,压力的影响比较敏感。
雷达物位计
安装方便,性能稳定,测量精度高。对温度,压力的影响不敏感。
价格高昂,低频的雷达体积庞大。对射频干扰的影响明显。对被测介质的介电常数有要求。对粉尘和蒸汽的影响和超声是一样的。
射频导纳物位计
不怕粉尘干扰,适合固体粉尘环境测量。价格低廉。
安装比较麻烦,是接触式的测量方式,测量精度不高。
五、超声波液位计的相关产品
超声波液位计有很多相关产品,原理一样,只是测量的方式有点不同。大致有以下几种:
1、 超声淤泥计。放入水中检测淤泥的高度。
2、 灌底安装外贴式超声波液位计
3、 超声波液位开关
4、 外贴式液位开关
总结:超声波液位计是优良的界面测量设备。在水处理,化工,冶金,电力,水利等许多领域都有广泛的运用。但每个产品都有它的优缺点,在运用过程中,尽量避开它的缺点,利用它的优点,那么在实际使用的时候,就能发挥它的大作用。