超声波液位计原理及应用注意事项

2019-09-26 216

超声波液位计是一种非接触式、高可靠性、高性价比、易安装维护的物位测量仪器,它是一个可以发射能量波(一般为脉冲信号)的装置发射能量波,能量波遇到障碍物反射,由一个接收装置接收反射信号。根据测量能量波运动过程的时间差来确定物位变化情况。由电子装置对微波信号进行处理,最终转化成与物位相关的电信号。

超声波液位计由三部分组成:超声波换能器、处理单元、输出单元。



超声波液位计的结构及工作原理


超声波传感器主要由压电晶片组成,既可以发射超声波,也可以接收超声波。小功率超声探头多作探测作用。它有许多不同的结构,可分直探头(纵波)、斜探头(横波)、表面波探头(表面波)、兰姆波探头(兰姆波)、双探头(一个探头发射、一个探头接收)等。

超声传感器的核心是其塑料外套或者金属外套中的一块压电晶片。构成晶片的材料可以有许多种。晶片的大小,如直径和厚度也各不相同,因此每个传感器的性能是不同的



超声波液位计工作原理:


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介质发射一束超声波脉冲。声波被介质表面反射,部分反射回波由探头接收并转换为电信号(如4-20mA信号),从声波发射到声波反射回来被接收,其时间与探头至被测介质的距离成正比。电子单元检测该时间,并根据已知的声速计算被测距离,通过减法运算就可得出物位值。超声波在液体、固体中衰减很小,因而穿透能力强,尤其是在对光不透明的固体中,超声波可穿透几十米的长度,碰到杂质或界面就会有显著的反射,超声波液位计就是利用它的这一原理而工作的。由于温度对声速有影响,所以仪表应测量温度以修正声速,也就是常说的温度补偿。


超声波液位计的的种类及应用


按使用环境划分,超声波液位计可分为普通型超声波液位计和防腐型超声波液位计。普通型超声波液位计换能器的材质为PC,能应用于大部分非强腐环境的测量。防腐型超声波液位计换能器的材质为PTFE,能应用于工业现场的强腐蚀环境的测量,如测量硫酸、盐酸等。

按结构形式划分,超声波液位计可分为一体式和分体式两种。一体式超声波液位计是仪表表头和换能器为一整体,此一体式超声波液位计防护等级高、抗干扰能力强,能适应大多数工业环境。分体式超声波液位计是仪表表头与换能器分开安装,表头与换能器之间用导线连接。分体式超声波液位计适合于不便于维护、调试等复杂的环境场合,并且表头上的总线通讯和开关量输出等功能,可以用于变送和远传控制。



超声波液位计的的单机测试


根据GB 50093-2013 《自动化仪表工程施工及质量验收规范》12.2.11要求,储罐液位计、料面计可在安装完成后,直接模拟物位进行校准。

我们在安装前无需对它进行校正,说白了我们也想不到什么好的办法对它进行校正。但是在安装前我们可以对它进行通电测试,顺便用Hart475手操器对它进行量程、位号、单位、显示之类的参数进行规划。这样做的目的可以减少后面回路测试时的工作量,还可以检查出来这台表在运输途中有没有受到颠簸以致损坏。

工厂在建设初期,条件比较恶劣,一般采用24VDC明纬电源给仪表供电用于单机测试。这样接线仪表回路是没有电阻的,所以必须在回路中串入250Ω电阻,或者用可调电阻箱供给阻值,否则无法与仪表通讯。

二线制接线时注意仪表端子与电源线正负极不能接反,否则变送器无数据显示。

四线制接线时注意电源端子与显示端子不能接错,需按照顺序接入仪表端子。

温度对声速有影响,实际上声速不仅受温度影响还与气体的密度、湿度、气压、噪声、空气中的悬浮物等因素有关。因此在实际应用当中仅利用测量温度的方法进行补偿还有诸多不足,且在温度测量过程中也会存在一些误差。因此温度补偿方法只适用于一般应用,而无法满足高精度测量。也正是因为如此,在石化行业超声波液位计通常应用于敞口容器或水池等不需要高精度测量液位的设备上。


超声波液位计的应用注意以下几点:


1、超声波液位计的盲区,当拿到超声波液位计时,首先查看一下仪表的盲区,他和超声波液位计的安装高度有着密切的关系,安装高度必须满足:最高液位时的液位面距离液位计的距离应大于盲区值。


2、超声波液位计有测量距离的功能,它是检查测量功能是否正常的重要依据,测量距离功能完好,说明该液位计完好。其次根据超声波液位计的量程(更确切的说应该是测量距离的能力,即发射功率,量程只是和输出信号有关的一个电参数)比如:仪表测量距离能力是5米,当发射平面(液面)离开超声波液位计发射口的距离是5米加盲区的值时,测得距离应该等于实际距离,说明仪表完好。这就是安装设置时为什么要求在低水位时进行,在高液位设置完好,不一定在低液位运行正常,所以,安装设置必须在低液位时进行,这样才能够保证液位在任何状态下工作正常。   


3、注意测量周围环境,比如:储存罐内是否有梯子,管道,以及管壁是否有小台阶(很不平整现象)等等,有必要时可以起用虚假目标学习(或称为遇阻学习)功能,以便仪表识别该假目标。 


4、如果仪表用在寒冷的北方,可以选配附加严寒自适应功能,可以在-40°不死机。


5、在真空状态下不能测量,因为声音在真空中不能传播,因为声音的传播需要介质,真空中没有介质,声音是机械波,机械波是由于物体振动产生的。而机械波的传播要靠介质如:空气,水等等。


6、不可在超低温工况下测量。


7、测量介质雾化,影响其测量的准确性。


8、气体流动影响其测量。


9、工况压力必须低于3Kg/Cm2。


10、储槽内如有泡沫现象,会造成测量误差。