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搞懂超声波液位计看这篇文章就行了

2018-12-26 17:40浏览数:125 

  不知道什么是超声波液位计?看着一篇文章让你成为超声波液位计的专家!

超声波液位计.jpg

  超声波液位计是非接触、高可靠、免维护的检测仪器,它不需要接触工业介质就满足大多数密闭或敞开环境的距离检测与变送。它集超声波传感器、超声伺服电路、变送电路等为一体,具有灵敏易用、无需接触介质、稳定性高和长期可靠性等优点。

  超声波液位计是由微处理器控制的数字液位仪表。在测量中超声波脉冲由传感器(换能器)发出,声波经液体表面反射后被同一传感器接收或超声波接收器,通过压电晶体或磁致伸缩器件转换成电信号,并由声波的发射和接收之间的时间来计算传感器到被测液体表面的距离。 由于采用非接触的测量,被测介质几乎不受限制,可广泛用于各种液体和固体物料高度的测量。

  产品简介

  超声波液位计可采用二线制、三线制或四线制技术,二线制为:供电与信号输出共用;三线制为:供电回路和信号输出回路独立,当采用直流24v供电时,可使用一根3芯电缆线,供电负端和信号输出负端共用一根芯线;四线制为:当采用交流220v供电时,或者当采用直流24v供电,要求供电回路与信号输出回路完全隔离时,应使用一根4芯电缆线。直流或交流供电,具有4~20mADC,高低位开关量输出。

  量程范围:0-50米,多种形式可选,适合各种腐蚀性、化工类场合,精度高,远传信号输出,PLC系统监控。

  英文

  Ultrasonic liquid level meter

  工作原理

  超声波物位计工作原理是由超声波换能器(探头)发出高频脉冲声波遇到被测物位(物料)表面被反射折回反射回波被换能器接收转换成电信号.声波的传播时间与声波的发出到物体表面的距离成正比.声波传输距离S与声速C和声传输时间T的关系可用公式表示:S=C×T/2.

  探头部分发射出超声波,然后被液面反射,探头部分再接收,探头到液(物)面的距离和超声波经过的时间成比例:

  hb = CT2 即

  距离 [m] = 时间×声速/2 [m]

  声速的温度补偿公式:

  环境声速= 331.5 + 0.6×温度

  现场条件

  1) 环境温度 : -10 ~ +60℃(低温情况需特殊说明)

  2) 表壳保护等级 : IP65 适用于户外安装

  3) 适用测量的介质 : 适用于大部分液体及粉状颗粒状固体,弱酸,弱碱,强碱,低于40%的强酸。若在强酸应用场合,请与我司联系,应使用防腐探头。

  4) 容器压力 : 0.7~3 bar

  5) 在下面的任何一种情况,要注意:

  ① 有泡沫的液体/固体

  ② 周围有强电压,强电流,强电磁干扰,尽量避免高电压,高电流及强电磁干扰

  ③ 大风和太阳直晒

  ④ 强震动

  超声波液位计是由微处理器控制的数字物位仪表。在测量中脉冲超声波由传感器(换能器)发出,声波经物体表面反射后被同一传感器接收,转换成电信号。并由声波的发射和接收之间的时间来计算传感器到被测物体的距离。由于采用非接触的测量,被测介质几乎不受限制,可广泛用于各种液体和固体物料高度的测量。

  产品特点

  多脉冲低电压多点发射发射电路,双平衡抑制噪声多点接收电路(QF-9000系列):提高仪器可靠性,解决不物位不平整测量不准确的难题,并大大加强抗干扰能力,可在变电站发射塔附近稳定工作

  自动功率调整、增益控制、温度补偿。

  先进的检测技术,丰富的软件功能适应各种复杂环境。

  采用新型的波形计算技术,提高仪表的测量精度。

  具有干扰回波的抑止功能保证测量数据的真实。

  16位D/A转换,提高电流输出的精度和分辨率。

  传感器采用四氟乙烯材料,可用于各种腐蚀性场合。

  多种输出形式:可编程继电器输出、高精度4-20mA电流输出、Rs-485数字通信输出 分体超声波液位 探头

  一体型超声波液位计主要参数

  量程:0-3、5、8、10、15、20 、 30、 40、 50 100m (型号:QF-8000)

  精度:0.25%

  盲区:0.15-0.7m

  工作温度:-20℃-+60℃

  压力范围:-1-16公斤(型号:QF-8000或者QF-9000系列)

  电源:24VDC、220VAC

  输出:4-20mA、Rs-485

  控制:二路继电器

  防护等级:IP68

  显示方式:12864点液晶显示

  耐腐型传感器外壳

  型分体型超声波液位计主要参数

  量程:0-3、5、8、10、15、20m、30、40、50、60、70m (型号:QF-9000)

  精度:0.25%

  盲区:0.15-1.2m

  工作温度:变送器-20℃-55℃ 传感器-25℃-80℃

  压力范围:-1-16公斤(型号:QF-8000或者QF-9000系列)

  电源:24VDC、220VAC

  输出:4-20mA、Rs-485

  控制:四路继电器

  防护等级:IP68

  显示方式:12864点液晶显示 耐腐型传感器外壳采用四氟乙烯

  安装原理

  AL305超声波液位计工作时,高频脉冲声波由换能器(探头)发出,遇被测物体(水面)表面被反射,折回的反射回波被同一换能器(探头)接收,转换成电信号。脉冲发送和接收之间的时间(声波的运动时间)与换能器到物体表面的距离成正比,声波传输的距离S与声速C和传输时间T之间的关系可以用公式表示:S= CⅩT/2

  安装超声波液位计时必须考虑超声波液位计的盲区问题。当液位进入盲区后,超声波变送器就无法测量液位了,所以在确定超声波液位计的量程时,必须留出50公分的余量,安装时,变送器探头必须高出最高液位50公分左右。这样才能保证对液位的准确监测及保证超声波液位计的安全。

  在实际使用中,因为安装时考虑不周,液位计被水淹没,致使液位计完全损坏。

  特点

  价格低,体积小,重量轻,可用于食品,化工,半导体等行业对液体和散装固体非接解式物位测量,可用于远程物位监控和泵的控制

  机械安装时应注意:安装应垂直于测是物表面,避免用于测量泡沫性质物体,避免安装于距测量物体表面距离小于盲区距离(盲区:每台产品会有一个标准,随产品得知),应考虑束避开阻挡物质不与灌口和容器壁相遇,检测大块固体物应调整探头方位,减少测量误差

  应用领域

  水及污水处理 :泵房、集水井、生化反应池、沉淀池等

  电力、矿山:灰浆池、煤浆池、水处理等

  超声波液位计性能特点

  具有抗干扰性强。可任意设置上下限节点及在线输出调节,并带有现场显示,可选择模拟量,开关量及RS485输出,方便的与相关设施接口。

  采用聚丙烯防水外壳。壳体小巧且相当坚固,具有优良的耐化学品性,对于无机化合物,不论酸、碱、盐溶液,除强氧化性物料外,几乎都对其无破坏作用,对几乎所有溶剂在室温下均不溶解,一般烷、烃、醇、酚、醛、酮类等介质上均可使用。

  重量轻、不结垢、不污染介质。

  无毒性。可用于药品、食品工业设备安装,维修极为方便。

  技术指标

  量程:0.3~5m,0.3~8m,0.5~12m

  盲区:<0.3m,<0.5 m

  发射角:12° 最小显示分辨率:1mm

  精度:±0.3%×量程

  显示:四位八段:0.5英寸LED

  工作频率 :20 KHz~43.0KHz(因型号规格而不同)

  现场设置:通过物位仪按键完成 标定:出厂标定,可现场校准

  模拟输出信号:4~20mA负载>300Ω;0~5V;1~5V

  数字输出:RS485(支持Modbus) NPN开关输出

  工作电压:DC12—24V 功耗<1.5W

  外形尺寸:Φ83×145×M65

  外壳材质:PP

  重量:272g(5m); 410g(12m)

  安装方式:外直管螺纹M65×1.5

  防护等级:IP65

  温度:-10℃~60℃

  应用

  1、测量流量、液位、低表压、真空和比重

  2、两线制最大量程可达30m

  3、四线制最大量程可达40m

  4、最小分辨率1mm

  5、LCD/LED大显示屏

  6、智能信号处理技术

  7、配有高低位双继电器(仅四线制)

  8、全塑料防腐外壳(防护等级lP67)

  9、专利的换能器结构(小量程物位计法兰安装时,对法兰接管长度无要求)

  10、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)

  11、灵活的安装方式(螺纹/法兰、固定孔/支架)

  12、交流或直流供电形式可选(仅四线制)

  故障问题

  出现故障指示灯常亮的情况主要有以下两种,解决方案如下供参考:

  1.在超声波持续零液位时,顶部灯亮,输出电流为22mA。而且隔一段时间后恢复液位时,故障不能自动解除,需关电重启后正常,给客户带来不必要的麻烦甚至损失。

  出现这种故障是安装附件的选择问题。由于超声波液位计是全球首创0度发射,优点上面也介绍了。它的另外一个与众不同的特点是,超声波的发射除了平面头外,在螺纹这里也是有发射的。如果持续的零位,再加上安装件选用金属支架。超声波液位计就会识别到支架部分的信号强度大于平面头接收的信号强度。而金属支架部分与发射波之间处于盲区距离。所以超声波处于保护状态,故障灯常亮,输出22mA。解决的办法就是选用非金属支架。因为选用非金属支架后,螺纹处的发射波能穿透出去,而零点液位的回波信号绝对会大于螺纹处的回波信号。

  2.经调试与重新编程后,顶部故障灯常亮,输出电流为22mA。出现这种故障情况,经实际查证,还是在编程与调试过程中,未能按照说明书要求。造成的程序紊乱而自保状态。客户在调试编程超声波液位计时,未能等到指示灯正常闪动,或则编程方法步骤根本不对,处于不稳定的编程调试。如果多次反复未依要求编程调试,超声波液位计将拒绝工作而自保。出现这种故障的解决方法是先将超声波液位计按要求复位,再进行重新编程。如果在未复位的情况下多次再编程,会出现以上故障。

  超声波液位计维护和保养

  简单保养有:

  a. 外观检查,紧固件是否松动,零部件是否完好齐全,整机清洁无锈蚀

  b. 向工艺人员了解显示是否正常

  c. 检查仪表供电线路是否正常

  d. 检查仪表保温伴热是否正常

  专业保养主要根据仪表的特性和安装使用的工况来分析:

  a: 污水厂一般用简单的超声波液位计测量污水液位或者粗格栅的液位差,这种工况一般是不太需要维护的,需要注意的是夏天探头上有没有冷凝水,冷凝水容易造成超声波失波,也就是探测不到回波,从而引起报警,进而输出故障电流,这种情况处理比较简单,一般清水洗干净了,擦干,对着墙壁或者什么大打一下,看测量值有变化了,就没事了;

  b: 如果是电厂或者什么其他的地方用来测量罐内水位,注意超声波一般不用来测量油罐内液位,需要考虑有没有蒸汽,超声波一般不应用在水温超过60度,或者80度以上的工况,蒸汽厚的话,超声波是打不透的(注意超声波是机械波,雷达液位计是电磁波,机械波是遇到介质密度不一样的情况会发生声波反射,从而探测液位)

  c: 还有就是冬天储罐或者容器内是否有结冰的情况,这种情况下超声波探测到的是冰面的高度,而不是水位的高度,当然这种情况基本无法解决,这样的情况在内蒙和东北经常能遇到;

  其实对于超声波液位计或者其他的雷达什么一类的,最重要的其实是安装,安装有问题,以后这东西基本就没法用,安装好了,维护量其实是非常小的。

  安装主要是看超声波照射范围内有木有干扰点,比如是否离容器壁太近,造成声波打在罐壁上什么的,或者回波内是否凸台或安装的其他设备造成测量干扰的,如果是固定干扰,好的超声波液位计是具备回波抑制功能的,就是可以把干扰点的波形记录下来,有液位的时候的波形和以前的波形对比,找出来液位,最难的是动态干扰点,比如液面表面有又细又厚的泡沫,造成波形逐渐减弱而没有一个明显的回波,这种情况可以考虑在液面上放置一个木板一类的东西,效果会好很多。

  超声波液位计安装原则及安装注意事项

  超声波液位计的探头发波打到液位后反射回探头,探头接收到后计算发波到收波的时间,得到测量距离L,仪表安装高度TH减去测量距离L将得到当前液位H。

  仪表量程指仪表能够测量的距离,安装高度TH应小于量程。

  超声波液位计盲区指仪表在探头附近无法测量的区域,最高液位与探头间距应大于盲区,例盲区为0.3m,则最高液位与探头间距必须大于0.3m。

  探头发波是个扩散过程,即有方向角,安装的时候要注意,否则可能打到池壁的凸起物或渠道边沿。

  超声波液位计安装注意事项

  1)仪表在室外安装建议加装遮阳板以延长仪表使用寿命。

  2)电线、电缆保护管,要注意密封防止积水。

  3)仪表虽然自身带有防雷器件,但仪表在多雷地区使用时,建议在仪表的进出线端另外安装专用的防雷装置。

  4)仪表在特别炎热、寒冷的地方使用,即周围环境温度有可能超出仪表的工作要求时,建议在液位仪周围加设防高、低温装置。

  超声波液位计安装原则

  1)探头发射面到最低液位的距离,应小于选购仪表的量程。

  2)探头发射面到最高液位的距离,应大于选购仪表的盲区。

  3)探头的发射面应该与液体表面保持平行。

  4)探头的安装位置应尽量避开正下方进、出料口等液面剧烈波动的位置。

  5)若池壁或罐壁不光滑,仪表安装位置需离开池壁或罐壁0.3m以上。

  6)若探头发射面到最高液位的距离小于选购仪表的盲区,需加装延伸管,延伸管管径大于120mm,长度0.35m~0.50m,垂直安装,内壁光滑,罐上开孔应大于延伸管内径。或者将管子通至罐底,管径大于80mm,管底留孔保持延伸管内液面与罐内等高。

  超声波液位计与雷达液位计的优缺点

  超声波用的是声波,雷达用的是电磁波,这才是最大的区别。而且超声波的穿透能力和方向性都比电磁波强的多,这就是超声波探测现在比较流行的原因。

  主要应用场合的区别

  1.雷达测量范围要比超声波大很多。

  2.雷达有喇叭式、杆式、缆式,相对超声波能够应用于更复杂的工况。

  3.超声波精度不如雷达。

  4.雷达相对价位较高。

  5.用雷达的时候要考虑介质的介电常数。

  6.超声波不能应用于真空、蒸汽含量过高或液面有泡沫等工况。

  我们一般把声波频率超过20kHz的声波称为超声波,超声波是机械波的一种,即是机械振动在弹性介质中的一种传播过程,它的特征是频率高、波长短、绕射现象小,另外方向性好,能够成为射线而定向传播。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,超声波测量物位就是利用了它的这一特征。

  在超声波检测技术中,不管那种超声波仪器,都必须把电能转换超声波发射出去,再接收回来变换成电信号,完成这项功能的装置就叫超声波换能器,也称探头。如图所示,将超声波换能器置于被测液体上方,向下发射超声波,超声波穿过空气介质,在遇到水面时被反射回来,又被换能器所接收并转换为电信号,电子检测部分检测到这一信号后将其变成液位信号进行显示并输出。

  由超声波在介质中传播原理可知,若介质压力、温度、密度、湿度等条件一定,则超声波在该介质中传播速度是一个常数。因此,当测出超声波由发射到遇到液面反射被接收所需要的时间,则可换算出超声波通过的路程,即得到了液位的数据。

  超声波有盲区,安装时必须计算预留出传感器安装位置与测量液体之间的距离。

  雷达液位计采用发射—反射—接收的工作模式。雷达液位计的天线发射出电磁波,这些波经被测对象表面反射后,再被天线接收,电磁波从发射到接收的时间与到液面的距离成正比,关系式如下:

  D=CT/2

  式中 D——雷达液位计到液面的距离

  C——光速

  T——电磁波运行时间

  雷达液位计记录脉冲波经历的时间,而电磁波的传输速度为常数,则可算出液面到雷达天线的距离,从而知道液面的液位。

  在实际运用中,雷达液位计有两种方式即调频连续波式和脉冲波式。采用调频连续波技术的液位计,功耗大,须采用四线制,电子电路复杂。而采用雷达脉冲波技术的液位计,功耗低,可用二线制的24V DC供电,容易实现本质安全,精确度高,适用范围更广。


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