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搞懂超聲波液位計看這篇文章就行了

2018-12-26 17:40瀏覽數:128 

  不知道什么是超聲波液位計?看著一篇文章讓你成為超聲波液位計的專家!

超聲波液位計.jpg

  超聲波液位計是非接觸、高可靠、免維護的檢測儀器,它不需要接觸工業介質就滿足大多數密閉或敞開環境的距離檢測與變送。它集超聲波傳感器、超聲伺服電路、變送電路等為一體,具有靈敏易用、無需接觸介質、穩定性高和長期可靠性等優點。

  超聲波液位計是由微處理器控制的數字液位儀表。在測量中超聲波脈沖由傳感器(換能器)發出,聲波經液體表面反射后被同一傳感器接收或超聲波接收器,通過壓電晶體或磁致伸縮器件轉換成電信號,并由聲波的發射和接收之間的時間來計算傳感器到被測液體表面的距離。 由于采用非接觸的測量,被測介質幾乎不受限制,可廣泛用于各種液體和固體物料高度的測量。

  產品簡介

  超聲波液位計可采用二線制、三線制或四線制技術,二線制為:供電與信號輸出共用;三線制為:供電回路和信號輸出回路獨立,當采用直流24v供電時,可使用一根3芯電纜線,供電負端和信號輸出負端共用一根芯線;四線制為:當采用交流220v供電時,或者當采用直流24v供電,要求供電回路與信號輸出回路完全隔離時,應使用一根4芯電纜線。直流或交流供電,具有4~20mADC,高低位開關量輸出。

  量程范圍:0-50米,多種形式可選,適合各種腐蝕性、化工類場合,精度高,遠傳信號輸出,PLC系統監控。

  英文

  Ultrasonic liquid level meter

  工作原理

  超聲波物位計工作原理是由超聲波換能器(探頭)發出高頻脈沖聲波遇到被測物位(物料)表面被反射折回反射回波被換能器接收轉換成電信號.聲波的傳播時間與聲波的發出到物體表面的距離成正比.聲波傳輸距離S與聲速C和聲傳輸時間T的關系可用公式表示:S=C×T/2.

  探頭部分發射出超聲波,然后被液面反射,探頭部分再接收,探頭到液(物)面的距離和超聲波經過的時間成比例:

  hb = CT2 即

  距離 [m] = 時間×聲速/2 [m]

  聲速的溫度補償公式:

  環境聲速= 331.5 + 0.6×溫度

  現場條件

  1) 環境溫度 : -10 ~ +60℃(低溫情況需特殊說明)

  2) 表殼保護等級 : IP65 適用于戶外安裝

  3) 適用測量的介質 : 適用于大部分液體及粉狀顆粒狀固體,弱酸,弱堿,強堿,低于40%的強酸。若在強酸應用場合,請與我司聯系,應使用防腐探頭。

  4) 容器壓力 : 0.7~3 bar

  5) 在下面的任何一種情況,要注意:

  ① 有泡沫的液體/固體

  ② 周圍有強電壓,強電流,強電磁干擾,盡量避免高電壓,高電流及強電磁干擾

  ③ 大風和太陽直曬

  ④ 強震動

  超聲波液位計是由微處理器控制的數字物位儀表。在測量中脈沖超聲波由傳感器(換能器)發出,聲波經物體表面反射后被同一傳感器接收,轉換成電信號。并由聲波的發射和接收之間的時間來計算傳感器到被測物體的距離。由于采用非接觸的測量,被測介質幾乎不受限制,可廣泛用于各種液體和固體物料高度的測量。

  產品特點

  多脈沖低電壓多點發射發射電路,雙平衡抑制噪聲多點接收電路(QF-9000系列):提高儀器可靠性,解決不物位不平整測量不準確的難題,并大大加強抗干擾能力,可在變電站發射塔附近穩定工作

  自動功率調整、增益控制、溫度補償。

  先進的檢測技術,豐富的軟件功能適應各種復雜環境。

  采用新型的波形計算技術,提高儀表的測量精度。

  具有干擾回波的抑止功能保證測量數據的真實。

  16位D/A轉換,提高電流輸出的精度和分辨率。

  傳感器采用四氟乙烯材料,可用于各種腐蝕性場合。

  多種輸出形式:可編程繼電器輸出、高精度4-20mA電流輸出、Rs-485數字通信輸出 分體超聲波液位 探頭

  一體型超聲波液位計主要參數

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

  精度:0.25%

  盲區:0.15-0.7m

  工作溫度:-20℃-+60℃

  壓力范圍:-1-16公斤(型號:QF-8000或者QF-9000系列)

  電源:24VDC、220VAC

  輸出:4-20mA、Rs-485

  控制:二路繼電器

  防護等級:IP68

  顯示方式:12864點液晶顯示

  耐腐型傳感器外殼

  型分體型超聲波液位計主要參數

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

  精度:0.25%

  盲區:0.15-1.2m

  工作溫度:變送器-20℃-55℃ 傳感器-25℃-80℃

  壓力范圍:-1-16公斤(型號:QF-8000或者QF-9000系列)

  電源:24VDC、220VAC

  輸出:4-20mA、Rs-485

  控制:四路繼電器

  防護等級:IP68

  顯示方式:12864點液晶顯示 耐腐型傳感器外殼采用四氟乙烯

  安裝原理

  AL305超聲波液位計工作時,高頻脈沖聲波由換能器(探頭)發出,遇被測物體(水面)表面被反射,折回的反射回波被同一換能器(探頭)接收,轉換成電信號。脈沖發送和接收之間的時間(聲波的運動時間)與換能器到物體表面的距離成正比,聲波傳輸的距離S與聲速C和傳輸時間T之間的關系可以用公式表示:S= CⅩT/2

  安裝超聲波液位計時必須考慮超聲波液位計的盲區問題。當液位進入盲區后,超聲波變送器就無法測量液位了,所以在確定超聲波液位計的量程時,必須留出50公分的余量,安裝時,變送器探頭必須高出最高液位50公分左右。這樣才能保證對液位的準確監測及保證超聲波液位計的安全。

  在實際使用中,因為安裝時考慮不周,液位計被水淹沒,致使液位計完全損壞。

  特點

  價格低,體積小,重量輕,可用于食品,化工,半導體等行業對液體和散裝固體非接解式物位測量,可用于遠程物位監控和泵的控制

  機械安裝時應注意:安裝應垂直于測是物表面,避免用于測量泡沫性質物體,避免安裝于距測量物體表面距離小于盲區距離(盲區:每臺產品會有一個標準,隨產品得知),應考慮束避開阻擋物質不與灌口和容器壁相遇,檢測大塊固體物應調整探頭方位,減少測量誤差

  應用領域

  水及污水處理 :泵房、集水井、生化反應池、沉淀池等

  電力、礦山:灰漿池、煤漿池、水處理等

  超聲波液位計性能特點

  具有抗干擾性強。可任意設置上下限節點及在線輸出調節,并帶有現場顯示,可選擇模擬量,開關量及RS485輸出,方便的與相關設施接口。

  采用聚丙烯防水外殼。殼體小巧且相當堅固,具有優良的耐化學品性,對于無機化合物,不論酸、堿、鹽溶液,除強氧化性物料外,幾乎都對其無破壞作用,對幾乎所有溶劑在室溫下均不溶解,一般烷、烴、醇、酚、醛、酮類等介質上均可使用。

  重量輕、不結垢、不污染介質。

  無毒性。可用于藥品、食品工業設備安裝,維修極為方便。

  技術指標

  量程:0.3~5m,0.3~8m,0.5~12m

  盲區:<0.3m,<0.5 m

  發射角:12° 最小顯示分辨率:1mm

  精度:±0.3%×量程

  顯示:四位八段:0.5英寸LED

  工作頻率 :20 KHz~43.0KHz(因型號規格而不同)

  現場設置:通過物位儀按鍵完成 標定:出廠標定,可現場校準

  模擬輸出信號:4~20mA負載>300Ω;0~5V;1~5V

  數字輸出:RS485(支持Modbus) NPN開關輸出

  工作電壓:DC12—24V 功耗<1.5W

  外形尺寸:Φ83×145×M65

  外殼材質:PP

  重量:272g(5m); 410g(12m)

  安裝方式:外直管螺紋M65×1.5

  防護等級:IP65

  溫度:-10℃~60℃

  應用

  1、測量流量、液位、低表壓、真空和比重

  2、兩線制最大量程可達30m

  3、四線制最大量程可達40m

  4、最小分辨率1mm

  5、LCD/LED大顯示屏

  6、智能信號處理技術

  7、配有高低位雙繼電器(僅四線制)

  8、全塑料防腐外殼(防護等級lP67)

  9、專利的換能器結構(小量程物位計法蘭安裝時,對法蘭接管長度無要求)

  10、簡單的按鍵設定參數(無需等待容器排空或加滿,無需附加的遙控器)

  11、靈活的安裝方式(螺紋/法蘭、固定孔/支架)

  12、交流或直流供電形式可選(僅四線制)

  故障問題

  出現故障指示燈常亮的情況主要有以下兩種,解決方案如下供參考:

  1.在超聲波持續零液位時,頂部燈亮,輸出電流為22mA。而且隔一段時間后恢復液位時,故障不能自動解除,需關電重啟后正常,給客戶帶來不必要的麻煩甚至損失。

  出現這種故障是安裝附件的選擇問題。由于超聲波液位計是全球首創0度發射,優點上面也介紹了。它的另外一個與眾不同的特點是,超聲波的發射除了平面頭外,在螺紋這里也是有發射的。如果持續的零位,再加上安裝件選用金屬支架。超聲波液位計就會識別到支架部分的信號強度大于平面頭接收的信號強度。而金屬支架部分與發射波之間處于盲區距離。所以超聲波處于保護狀態,故障燈常亮,輸出22mA。解決的辦法就是選用非金屬支架。因為選用非金屬支架后,螺紋處的發射波能穿透出去,而零點液位的回波信號絕對會大于螺紋處的回波信號。

  2.經調試與重新編程后,頂部故障燈常亮,輸出電流為22mA。出現這種故障情況,經實際查證,還是在編程與調試過程中,未能按照說明書要求。造成的程序紊亂而自保狀態。客戶在調試編程超聲波液位計時,未能等到指示燈正常閃動,或則編程方法步驟根本不對,處于不穩定的編程調試。如果多次反復未依要求編程調試,超聲波液位計將拒絕工作而自保。出現這種故障的解決方法是先將超聲波液位計按要求復位,再進行重新編程。如果在未復位的情況下多次再編程,會出現以上故障。

  超聲波液位計維護和保養

  簡單保養有:

  a. 外觀檢查,緊固件是否松動,零部件是否完好齊全,整機清潔無銹蝕

  b. 向工藝人員了解顯示是否正常

  c. 檢查儀表供電線路是否正常

  d. 檢查儀表保溫伴熱是否正常

  專業保養主要根據儀表的特性和安裝使用的工況來分析:

  a: 污水廠一般用簡單的超聲波液位計測量污水液位或者粗格柵的液位差,這種工況一般是不太需要維護的,需要注意的是夏天探頭上有沒有冷凝水,冷凝水容易造成超聲波失波,也就是探測不到回波,從而引起報警,進而輸出故障電流,這種情況處理比較簡單,一般清水洗干凈了,擦干,對著墻壁或者什么大打一下,看測量值有變化了,就沒事了;

  b: 如果是電廠或者什么其他的地方用來測量罐內水位,注意超聲波一般不用來測量油罐內液位,需要考慮有沒有蒸汽,超聲波一般不應用在水溫超過60度,或者80度以上的工況,蒸汽厚的話,超聲波是打不透的(注意超聲波是機械波,雷達液位計是電磁波,機械波是遇到介質密度不一樣的情況會發生聲波反射,從而探測液位)

  c: 還有就是冬天儲罐或者容器內是否有結冰的情況,這種情況下超聲波探測到的是冰面的高度,而不是水位的高度,當然這種情況基本無法解決,這樣的情況在內蒙和東北經常能遇到;

  其實對于超聲波液位計或者其他的雷達什么一類的,最重要的其實是安裝,安裝有問題,以后這東西基本就沒法用,安裝好了,維護量其實是非常小的。

  安裝主要是看超聲波照射范圍內有木有干擾點,比如是否離容器壁太近,造成聲波打在罐壁上什么的,或者回波內是否凸臺或安裝的其他設備造成測量干擾的,如果是固定干擾,好的超聲波液位計是具備回波抑制功能的,就是可以把干擾點的波形記錄下來,有液位的時候的波形和以前的波形對比,找出來液位,最難的是動態干擾點,比如液面表面有又細又厚的泡沫,造成波形逐漸減弱而沒有一個明顯的回波,這種情況可以考慮在液面上放置一個木板一類的東西,效果會好很多。

  超聲波液位計安裝原則及安裝注意事項

  超聲波液位計的探頭發波打到液位后反射回探頭,探頭接收到后計算發波到收波的時間,得到測量距離L,儀表安裝高度TH減去測量距離L將得到當前液位H。

  儀表量程指儀表能夠測量的距離,安裝高度TH應小于量程。

  超聲波液位計盲區指儀表在探頭附近無法測量的區域,最高液位與探頭間距應大于盲區,例盲區為0.3m,則最高液位與探頭間距必須大于0.3m。

  探頭發波是個擴散過程,即有方向角,安裝的時候要注意,否則可能打到池壁的凸起物或渠道邊沿。

  超聲波液位計安裝注意事項

  1)儀表在室外安裝建議加裝遮陽板以延長儀表使用壽命。

  2)電線、電纜保護管,要注意密封防止積水。

  3)儀表雖然自身帶有防雷器件,但儀表在多雷地區使用時,建議在儀表的進出線端另外安裝專用的防雷裝置。

  4)儀表在特別炎熱、寒冷的地方使用,即周圍環境溫度有可能超出儀表的工作要求時,建議在液位儀周圍加設防高、低溫裝置。

  超聲波液位計安裝原則

  1)探頭發射面到最低液位的距離,應小于選購儀表的量程。

  2)探頭發射面到最高液位的距離,應大于選購儀表的盲區。

  3)探頭的發射面應該與液體表面保持平行。

  4)探頭的安裝位置應盡量避開正下方進、出料口等液面劇烈波動的位置。

  5)若池壁或罐壁不光滑,儀表安裝位置需離開池壁或罐壁0.3m以上。

  6)若探頭發射面到最高液位的距離小于選購儀表的盲區,需加裝延伸管,延伸管管徑大于120mm,長度0.35m~0.50m,垂直安裝,內壁光滑,罐上開孔應大于延伸管內徑。或者將管子通至罐底,管徑大于80mm,管底留孔保持延伸管內液面與罐內等高。

  超聲波液位計與雷達液位計的優缺點

  超聲波用的是聲波,雷達用的是電磁波,這才是最大的區別。而且超聲波的穿透能力和方向性都比電磁波強的多,這就是超聲波探測現在比較流行的原因。

  主要應用場合的區別

  1.雷達測量范圍要比超聲波大很多。

  2.雷達有喇叭式、桿式、纜式,相對超聲波能夠應用于更復雜的工況。

  3.超聲波精度不如雷達。

  4.雷達相對價位較高。

  5.用雷達的時候要考慮介質的介電常數。

  6.超聲波不能應用于真空、蒸汽含量過高或液面有泡沫等工況。

  我們一般把聲波頻率超過20kHz的聲波稱為超聲波,超聲波是機械波的一種,即是機械振動在彈性介質中的一種傳播過程,它的特征是頻率高、波長短、繞射現象小,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,尤其是在對光不透明的固體中,超聲波可穿透幾十米的長度,碰到雜質或界面就會有顯著的反射,超聲波測量物位就是利用了它的這一特征。

  在超聲波檢測技術中,不管那種超聲波儀器,都必須把電能轉換超聲波發射出去,再接收回來變換成電信號,完成這項功能的裝置就叫超聲波換能器,也稱探頭。如圖所示,將超聲波換能器置于被測液體上方,向下發射超聲波,超聲波穿過空氣介質,在遇到水面時被反射回來,又被換能器所接收并轉換為電信號,電子檢測部分檢測到這一信號后將其變成液位信號進行顯示并輸出。

  由超聲波在介質中傳播原理可知,若介質壓力、溫度、密度、濕度等條件一定,則超聲波在該介質中傳播速度是一個常數。因此,當測出超聲波由發射到遇到液面反射被接收所需要的時間,則可換算出超聲波通過的路程,即得到了液位的數據。

  超聲波有盲區,安裝時必須計算預留出傳感器安裝位置與測量液體之間的距離。

  雷達液位計采用發射—反射—接收的工作模式。雷達液位計的天線發射出電磁波,這些波經被測對象表面反射后,再被天線接收,電磁波從發射到接收的時間與到液面的距離成正比,關系式如下:

  D=CT/2

  式中 D——雷達液位計到液面的距離

  C——光速

  T——電磁波運行時間

  雷達液位計記錄脈沖波經歷的時間,而電磁波的傳輸速度為常數,則可算出液面到雷達天線的距離,從而知道液面的液位。

  在實際運用中,雷達液位計有兩種方式即調頻連續波式和脈沖波式。采用調頻連續波技術的液位計,功耗大,須采用四線制,電子電路復雜。而采用雷達脈沖波技術的液位計,功耗低,可用二線制的24V DC供電,容易實現本質安全,精確度高,適用范圍更廣。


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