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超聲波液位測量的基本概念、要素、好處及限制

來源:上海自動化儀表有限公司作者:發表時間:2019-08-19 09:30:52


      超聲波液位計安裝在水箱頂部,并將超聲波脈沖向下傳送到水箱中。以聲速傳播的該脈沖從液體表面反射回發射器。發射器測量發射和接收的回波信號之間的時間延遲,并且板載微處理器使用公式計算到液體表面的距離。
      距離=(空中聲音速度x時間延遲)/2
      一旦超聲波液位計使用在應用的底部(通常是油箱底部),液位由微處理器計算。計算油箱液位的基本公式是:等級=油箱高度-距離
 

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超聲波液位測量的基本概念和要素:
      最小測量距離(Xm):是所有超聲波液位計的共同特征。這是傳感器前方的短距離,超聲波裝置無法測量。
      最大測量距離(XM):設備可以測量的理想條件下的最長測量距離。超出此距離無法進行測量。
      超聲波液位計,執行計算以將波浪行程的距離轉換為油箱中的水平尺度。發射聲音脈沖和接收返回回聲之間的時間間隔與換能器和容器中的材料之間的距離成正比。介質通常在材料表面上空氣,但它可能是一些其他氣體或蒸氣的毯子。該儀器測量爆發向下到達反射表面并返回的時間。該時間將與從換能器到表面的距離成比例,并且可用于確定罐中的流體水平。這個基本原理是超聲波測量技術的核心,如下式所示:距離=(聲速x時間)/2。
      超聲波方法的頻率范圍在15 ... 200 kHz范圍內。較低頻率的儀器用于更困難的應用,例如較長距離和固體水平測量以及具有較高頻率的測量用于較短的液位測量。對于超聲波測量方法的實際應用,必須考慮許多因素。一些關鍵點是:
      1.通過介質(通常是空氣)的聲速隨介質的溫度而變化。換能器可以包含溫度傳感器,以補償將改變聲速的操作溫度的變化,并因此補償確定精確的液位測量的距離計算。提供溫度補償以考慮聲音介質的均勻溫度變化。溫度傳感器放置在傳感器內部,信號通過傳感器的接線發送到收發器??蛇x地,可以使用備用溫度傳感器來提供溫度輸入,而不是使用積分溫度傳感器。如果聲音介質的溫度保持不變,而不是使用積分溫度補償或遠程傳感器。
      2.在材料表面上存在重的泡沫/灰塵可以充當吸音劑。在某些情況下,吸收可能足以排除使用超聲波技術。為了提高泡沫/灰塵或其他因素影響波浪進出液體表面的性能,某些型號可以在傳感器上安裝光束導向器。
      3.液體的極端湍流會導致讀數波動。在儀器中使用阻尼調節或響應延遲可以幫助克服該問題。收發器提供阻尼以控制顯示的材料水平的最大變化率和mA輸出信號的波動。阻尼減慢了顯示器的響應速度,特別是當液體表面處于攪動狀態或者材料在填充期間落入聲音路徑時。
好處:
      1.超聲波發射器易于安裝在空罐或裝有液體的罐上。
      2.設置非常簡單,具有板載編程功能的設備可在幾分鐘內完成配置。
      3.由于沒有與介質接觸且沒有移動部件,因此這些設備幾乎不需要維護。潤濕材料通常是惰性含氟聚合物,并且耐冷凝蒸汽的腐蝕。
      4.由于該設備是非接觸式的,因此液位測量不受液體密度,介電或粘度變化的影響,并且在含水液體和許多化學品上表現良好。
      5.過程溫度的變化會改變超聲波脈沖通過液體上方空間的速度,但內置溫度補償會自動糾正這一點。
      6.過程壓力的變化不會影響測量。
限制:
      1.超聲波發射器依賴于脈沖在其飛行時間內不受影響。應避免形成重蒸氣,蒸汽或蒸汽層的液體(在這些情況下使用雷達變送器)。由于脈沖需要空氣通過,因此無法進行真空應用。
      2.結構材料通常將工藝溫度限制在約158°F(70°C)和壓力至43 psig(3 bar)。
      3.液體表面的狀況也很重要??梢匀萑桃恍┩牧?,但是泡沫通常會抑制回波。
      4.油箱中的障礙物,例如管道,加強桿和攪拌器,將導致虛假回波,但是大多數發射器具有復雜的軟件算法以允許掩蔽或忽略這些回波。
      5.超聲波發射器可用于含有干燥產品的筒倉,如顆粒,谷物或粉末,但這些更難以調試。必須考慮諸如休止,起塵和長距離的表面角度等因素。導波雷達發射器更適合干燥產品應用。
 

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