1超聲波液位計(jì)的工作原理

我們一般把聲波頻率超過(guò)20khz的聲波稱為超聲波，超聲波是機(jī)械波的一種，即是機(jī)械振動(dòng)在彈性介質(zhì)中的一種傳播過(guò)程，它的特征是頻率高、波長(zhǎng)短、繞射現(xiàn)象小，另外方向性好，能夠成為射線而定向傳播。超聲波在液體、固體中衰減很小，因而穿透能力強(qiáng)，尤其是在對(duì)光不透明的固體中，超聲波可穿透幾十米的長(zhǎng)度，碰到雜質(zhì)或界面就會(huì)有顯著的反射，超聲波測(cè)量物位就是利用了它的這一特征。在超聲波檢測(cè)技術(shù)中，不管那種超聲波儀器，都必須把電能轉(zhuǎn)換超聲波發(fā)射出去，再接收回來(lái)變換成電信號(hào)，完成這項(xiàng)功能的裝置就叫超聲波換能器，也稱探頭。將超聲波換能器置于被測(cè)液體上方，向下發(fā)射超聲波，超聲波穿過(guò)空氣介質(zhì)，在遇到水面時(shí)被反射回來(lái)，又被換能器所接收并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，電子檢測(cè)部分檢測(cè)到這一信號(hào)后將其變成液位信號(hào)進(jìn)行顯示并輸出。

由超聲波在介質(zhì)中傳播原理可知，若介質(zhì)壓力、溫度、密度、濕度等條件一定，則超聲波在該介質(zhì)中傳播速度是一個(gè)常數(shù)。因此，當(dāng)測(cè)出超聲波由發(fā)射到遇到液面反射被接收所需要的時(shí)間，則可換算出超聲波通過(guò)的路程，即得到了液位的數(shù)據(jù)，如圖1所示。

超聲波傳感器在微機(jī)控制下，發(fā)射和接收超聲波，并由超聲波的傳播t來(lái)計(jì)算超聲傳感器距被測(cè)物位的hb，在超聲波傳播速度c已知的情況下，可根據(jù)hb=ct/2計(jì)算出hb。因超聲傳感器距離罐底的高度h為定值，故可計(jì)算出液位高度。ha=h-hb

2超聲波液位計(jì)選型應(yīng)用及安裝要求

2.1選型

根據(jù)需要和工況選擇合適的型號(hào)是保證測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確可靠的重要條件。

(1)最大測(cè)量范圍：超聲波液位計(jì)可以配置4、6、8、10、20、30m等不同型號(hào)的換能器。在選擇換能器時(shí)，需要考慮被測(cè)物料的特性、界面上介質(zhì)性質(zhì)、環(huán)境情況和生產(chǎn)系統(tǒng)的操作條件。超聲波發(fā)射后的衰減程度和界面反射特性對(duì)測(cè)量范圍有很大影響。當(dāng)超聲波衰減快，界面反射差時(shí)，為避免超聲波探頭接收到的超聲波信號(hào)過(guò)弱，而無(wú)法與噪音信號(hào)區(qū)分，就要增大換能器的發(fā)射功率。

(2)溫度補(bǔ)償：超聲波探頭是采用具有聲電效應(yīng)的材料制成的，當(dāng)高于一定溫度時(shí)，壓電元件將失去效應(yīng)，而不能使用。一般超聲波換能器在-20℃~80℃工作條件下較合適。另外，由于超聲波測(cè)量物位是基于被測(cè)物料界面上傳遞超聲波的介質(zhì)中聲速c為定值，在實(shí)際應(yīng)用中，介質(zhì)的聲速除決定于介質(zhì)的成分外，還受溫度的影響。隨季節(jié)的變化，環(huán)境溫度變化很大，為保證測(cè)量精度，應(yīng)選擇帶溫度補(bǔ)償超聲波物液位計(jì)。

(3)聲速校正：物料界面上傳遞聲速的介質(zhì)性質(zhì)和成分影響測(cè)量結(jié)果，為適應(yīng)不同的測(cè)量介質(zhì)，超聲波液位計(jì)內(nèi)部配置了聲速校正系統(tǒng)，以校正由于介質(zhì)的成分變化而引起的誤差。

2.2安裝

檢測(cè)儀表能否獲得準(zhǔn)確的測(cè)量數(shù)據(jù)，不僅與儀表本身的精度有關(guān)，而且與儀表的安裝和調(diào)試有關(guān)。正確的安裝除了可以獲得更為準(zhǔn)確的檢測(cè)數(shù)據(jù)外，還可以保證儀表工作穩(wěn)定，維護(hù)方便。超聲波物位檢測(cè)儀在安裝時(shí)要注意以下幾點(diǎn)：

(1)超聲波換能器應(yīng)安裝在只能"看見(jiàn)"被測(cè)介質(zhì)表面的地方，使聲波在容器、儲(chǔ)罐和料倉(cāng)中傳送時(shí)不會(huì)遇到擋板、攪拌器、倉(cāng)壁等物體生成干擾，產(chǎn)生測(cè)量誤差。

(2)超聲波換能器在其傳送和接收的脈沖之間，有一部分自身不能識(shí)別的盲區(qū)，為了測(cè)量可靠，測(cè)量對(duì)象的最高物位應(yīng)該在盲區(qū)之外。

(3)測(cè)量?jī)?chǔ)倉(cāng)內(nèi)固體料位時(shí)，要考慮固體物料在界面上是不平整的，通常在進(jìn)料口的物料高于儲(chǔ)倉(cāng)周邊，因此，換能器應(yīng)安裝在能反映物料平均高度的位置上。

(4)安裝換能器的另一要點(diǎn)是避免零反射。超聲波換能器對(duì)準(zhǔn)罐底或卸料口的斜壁時(shí)，超聲脈沖發(fā)射出來(lái)，卻收不到回波，檢測(cè)儀就發(fā)出報(bào)警或調(diào)節(jié)到最大限度，而且，有把干擾回波作為物位回波接收的危險(xiǎn)。解決這一問(wèn)題的有效辦法，就是在液體儲(chǔ)罐底部放一塊小型的反射板或?qū)Q能器安裝在靠近罐中線處。

(5)超聲波換能器和檢測(cè)儀之間應(yīng)采用屏蔽電纜連接，且屏蔽線兩端接地，以避免電噪聲的干擾。

3結(jié)束語(yǔ)

超聲波液位計(jì)的非接觸測(cè)量原理，從理論上講，它適用于各種工藝過(guò)程中的物位測(cè)量，但在應(yīng)用中，它會(huì)受到各種因素如安裝位置、溫度、壓力、濕度以及被測(cè)介質(zhì)表面的泡沫、浪涌等的影響。另外，超聲波的傳輸距離和指向性與聲波頻率有關(guān)，且互相制約，因此，這種測(cè)量方式不適合遠(yuǎn)距離測(cè)量。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)測(cè)量要求和工況選擇合適的儀表，以達(dá)到最佳測(cè)量效果。由于選型的確當(dāng)，超聲波液位計(jì)運(yùn)行以來(lái)，優(yōu)良的產(chǎn)品性能和服務(wù)質(zhì)量得到我們的充分肯定，實(shí)踐證明，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、抗腐蝕、安裝維護(hù)方便等突出優(yōu)點(diǎn)在制鹽行業(yè)的應(yīng)用是可行的，值得廣泛的推廣使用。