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超声波液位测量的基本概念、要素、好处及限制

来源:上海自动化仪表有限企业编辑:发表时间:2019-08-19 09:30:52


      超声波液位计安装在水箱顶部,并将超声波脉冲向下传送到水箱中。以声速传播的该脉冲从液体表面反射回发射器。发射器测量发射和接收的回波信号之间的时间延迟,并且板载微处理器使用公式计算到液体表面的距离。
      距离=(空中声音速度x时间延迟)/2
      一旦超声波液位计使用在应用的底部(通常是油箱底部),液位由微处理器计算。计算油箱液位的基本公式是:等级=油箱高度-距离
 

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超声波液位测量的基本概念和要素:
      最小测量距离(Xm):是所有超声波液位计的共同特征。这是传感器前方的短距离,超声波装置无法测量。
      最大测量距离(XM):设备可以测量的理想条件下的最长测量距离。超出此距离无法进行测量。
      超声波液位计,实行计算以将波浪行程的距离转换为油箱中的水平尺度。发射声音脉冲和接收返回回声之间的时间间隔与换能器和容器中的材料之间的距离成正比。介质通常在材料表面上空气,但它可能是一些其他气体或蒸气的毯子。该仪器测量爆发向下到达反射表面并返回的时间。该时间将与从换能器到表面的距离成比例,并且可用于确定罐中的流体水平。这个基本原理是超声波测量技术的核心,如下式所示:距离=(声速x时间)/2。
      超声波方法的频率范围在15 ... 200 kHz范围内。较低频率的仪器用于更困难的应用,例如较长距离和固体水平测量以及具有较高频率的测量用于较短的液位测量。对于超声波测量方法的实际应用,必须考虑许多因素。一些关键点是:
      1.通过介质(通常是空气)的声速随介质的温度而变化。换能器可以包含温度传感器,以补偿将改变声速的操作温度的变化,并因此补偿确定精确的液位测量的距离计算。提供温度补偿以考虑声音介质的均匀温度变化。温度传感器放置在传感器内部,信号通过传感器的接线发送到收发器。可选地,可以使用备用温度传感器来提供温度输入,而不是使用积分温度传感器。如果声音介质的温度保持不变,而不是使用积分温度补偿或远程传感器。
      2.在材料表面上存在重的泡沫/灰尘可以充当吸音剂。在某些情况下,吸取可能足以排除使用超声波技术。为了提高泡沫/灰尘或其他因素影响波浪进出液体表面的性能,某些型号可以在传感器上安装光束导向器。
      3.液体的极端湍流会导致读数波动。在仪器中使用阻尼调节或响应延迟可以帮助克服该问题。收发器提供阻尼以控制显示的材料水平的最大变化率和mA输出信号的波动。阻尼减慢了显示器的响应速度,特别是当液体表面处于搅动状态或者材料在填充期间落入声音路径时。
好处:
      1.超声波发射器易于安装在空罐或装有液体的罐上。
      2.设置非常简单,具有板载编程功能的设备可在几分钟内完成配置。
      3.由于没有与介质接触且没有移动部件,因此这些设备几乎不需要维护。润湿材料通常是惰性含氟聚合物,并且耐冷凝蒸汽的腐蚀。
      4.由于该设备是非接触式的,因此液位测量不受液体密度,介电或粘度变化的影响,并且在含水液体和许多化学品上表现良好。
      5.过程温度的变化会改变超声波脉冲通过液体上方空间的速度,但内置温度补偿会自动纠正这一点。
      6.过程压力的变化不会影响测量。
限制:
      1.超声波发射器依赖于脉冲在其飞行时间内不受影响。应避免形成重蒸气,蒸汽或蒸汽层的液体(在这些情况下使用雷达变送器)。由于脉冲需要空气通过,因此无法进行真空应用。
      2.结构材料通常将工艺温度限制在约158°F(70°C)和压力至43 psig(3 bar)。
      3.液体表面的状况也很重要。可以容忍一些湍流,但是泡沫通常会抑制回波。
      4.油箱中的障碍物,例如管道,加强杆和搅拌器,将导致虚假回波,但是大多数发射器具有复杂的App算法以允许掩蔽或忽略这些回波。
      5.超声波发射器可用于含有干燥产品的筒仓,如颗粒,谷物或粉末,但这些更难以调试。必须考虑诸如休止,起尘和长距离的表面角度等因素。导波雷达发射器更适合干燥产品应用。
 

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