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關于初學者超聲波液位計指南介紹

來源:上海自動化儀表有限公司作者:發表時間:2019-08-06 09:53:37

  
      超聲波是我們能聽到的聲音。超聲波是人類聽覺范圍之上的聲音。人類可以聽到最大頻率為20KHz。超聲波頻率高于20KHz。超聲波用于測量工業中的液體和固體物質的水平。超聲波液位測量是非接觸式原理,最適用于熱,腐蝕和沸騰液體的液位測量。用于超聲波物位測量的正常頻率范圍在40200KHz的范圍內。
1.超聲波物位測量的原理是什么?
      超聲波以與雷達相同的方式檢測物體。超聲波使用聲波,雷達使用無線電波。當超聲波脈沖信號以物體為目標時,它被物體反射并且回波返回發送者。計算超聲脈沖行進的時間,并找到物體的距離。蝙蝠使用眾所周知的方法來測量旅行時的距離。超聲波物位測量原理還用于查找海洋中的魚類位置,將潛艇定位在水位以下,以及潛水員在海中的位置。
 

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      我們將參考圖1并努力了解超聲波液位計的技術細節。超聲波液位變送器固定在裝滿液體的罐的頂部。所有測量的參考水平都是水箱的底部。待檢測的水平標記為“C”,“B”是超聲波傳感器與液位的距離。超聲波脈沖信號從發射器發射,并被反射回傳感器。計算從傳感器到目標和返回的超聲波脈沖的傳播時間。通過將此時間的一半乘以空中聲音的速度,可以找到“C”級。測量單位的最終結果可以是厘米,英尺,英寸等。
      等級=空中聲音速度x時間延遲/2
2.超聲波液位變送器的實際系統設計問題:
      上述測量原理在理論上看起來非常簡單明了。在實踐中,存在一些技術上的困難需要注意以獲得正確的水平讀數。
      (1)由于氣溫的變化,聲音的速度會發生變化。集成溫度傳感器用于補償由于溫度變化引起的聲速變化。
      (2)邊緣,焊接接頭等產生一些干擾回波。這由發射機軟件負責,稱為干擾回波抑制。
      (3)液位計的校準至關重要。測量精度取決于校準的準確性。空距離“A”和測量范圍“D”應正確確定,以包含在液位計的校準中。
      (4)傳感器的瞬態特性將產生阻擋距離,如圖1所示。跨度“D”不應延伸到阻塞距離。
3.超聲波傳感器的基本結構(見圖2):
      超聲波傳感器是超聲波液位液位計儀器的核心。該傳感器將電能轉換為超聲波。壓電晶體用于該轉換過程。當向其施加電能時,壓電晶體將以高頻振蕩。反之亦然。這些壓電晶體在收到超聲波時會產生電信號。這些傳感器能夠將超聲波發送到物體并接收物體產生的回聲。回波被轉換成電能,以便由控制電路進行后續處理。
 

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4.典型超聲波液位變送器的功能框圖:
      我們將參考圖3功能框圖來闡明超聲波液位變送器的物理結構。
      基于微控制器的控制電路監控超聲波液位變送器的所有活動。有兩個脈沖傳輸電路,一個用于發射器脈沖,另一個用于接收器脈沖。發射器脈沖產生的脈沖由超聲波液位計轉換為超聲波脈沖,并以物體為目標。該超聲脈沖作為回波脈沖反射回超聲波傳感器(接收器)。接收器通過脈沖發生器將該超聲波脈沖轉換為電信號脈沖。經過的時間或反射時間由計數器測量。該經過時間與要測量的水平有關。該經過時間由控制電路轉換為電平。有一個定時發生器電路,用于同步超聲波物位測量系統中的所有功能。
      電平最終轉換為4-20mA信號。4mA為0%電平,20mA為100%電平(見圖1)。這個承載電平數據的4-20mA輸出信號可以遠距離傳輸到過程控制儀器。
 

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5.超聲波液位計的優點:
      超聲波液位計沒有移動部件,它可以測量水平而不與物體進行物理接觸。液位計的這種典型特性可用于測量具有腐蝕性,沸騰和危險化學品的罐中的液位。即使在工藝流體中材料的化學成分或介電常數發生變化之后,讀數的準確性仍然不受影響。
6.超聲波液位計的局限性:
      超聲波液位計是最佳水平測量裝置,其中超聲波的接收回波具有可接受的質量。如果罐深度高或回聲被吸收或分散,則不太方便。物體不應該是吸音型。它也不適用于煙霧過多或密度高的水箱。

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