各種液體和固體液位測(cè)量技術(shù)之超聲波液位測(cè)量基礎(chǔ)

超聲波液位計(jì)測(cè)量基礎(chǔ)
       超聲波液位計(jì)變送器由兩個(gè)元件組成;1)一個(gè)高效率的傳感器和2)一個(gè)相關(guān)的電子收發(fā)器。它們一起工作，以確定發(fā)射的超聲脈沖及其反射回波在非接觸式傳感器和被測(cè)材料電平之間完全回程的時(shí)間。如圖16所示，一個(gè)安裝在水箱頂部的換能器將脈沖波向下引導(dǎo)到待測(cè)材料表面。傳感器內(nèi)部的壓電晶體將電脈沖轉(zhuǎn)換成聲能，聲能以波的形式在給定的頻率和給定的介質(zhì)中以恒定的速度傳播。這些波的回波返回到換能器，換能器進(jìn)行計(jì)算，將波的傳播距離轉(zhuǎn)換成槽內(nèi)液位的測(cè)量值。從發(fā)出聲音到接收回波之間的時(shí)間間隔與傳感器與容器內(nèi)材料之間的距離成正比。介質(zhì)通常是材料表面的空氣，但也可能是其他氣體或蒸汽的覆蓋層。該儀器測(cè)量脈沖到達(dá)反射表面并返回的時(shí)間。這個(gè)時(shí)間將與傳感器到表面的距離成正比，可以用來確定油箱內(nèi)的液體水平。這一基本原理是超聲測(cè)量技術(shù)的核心，其公式為:距離=(聲速x時(shí)間)/2。這些非接觸式設(shè)備在模型中可用，可以將讀數(shù)轉(zhuǎn)換為4-20 mA輸出到dcs、PLCs或其他遙控器。
 

較小測(cè)量距離(Xm):(也稱為“死帶”)是所有超聲波液位計(jì)計(jì)的共同特征。這是在傳感器前面的一個(gè)短范圍內(nèi)超聲波裝置無法測(cè)量。
較大測(cè)量距離(XM):設(shè)備在理想狀態(tài)下能夠測(cè)量的較長距離。超過這段距離是不可能測(cè)量的。

         換能器，它執(zhí)行計(jì)算，將波的傳播距離轉(zhuǎn)換為一個(gè)測(cè)量的水平，在坦克。從發(fā)出聲音到接收回波之間的時(shí)間間隔與傳感器與容器內(nèi)材料之間的距離成正比。介質(zhì)通常是材料表面的空氣，但也可能是其他氣體或蒸汽的覆蓋層。該儀器測(cè)量脈沖到達(dá)反射表面并返回的時(shí)間。這個(gè)時(shí)間將與傳感器到表面的距離成正比，可以用來確定油箱內(nèi)的液體水平。這一基本原理是超聲測(cè)量技術(shù)的核心，其公式為:距離=(聲速x時(shí)間)/2。這些非接觸式設(shè)備在模型中可用，可以將讀數(shù)轉(zhuǎn)換為4-20 mA輸出到dcs、PLCs或其他遙控器。
超聲波方法的頻率范圍在15…200千赫。較低頻率的儀器用于較困難的用途;如較長的距離和固體液位測(cè)量和那些較高的頻率用于較短的液位測(cè)量。
對(duì)于實(shí)際應(yīng)用的超聲波測(cè)量方法，必須考慮許多因素。幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)是:
●聲音在介質(zhì)(通常是空氣)中的傳播速度隨著介質(zhì)溫度的變化而變化。換能器可以包含溫度傳感器來補(bǔ)償工作溫度的變化，這將改變聲速，因此距離計(jì)算決定了準(zhǔn)確的液位測(cè)量。提供溫度補(bǔ)償是為了考慮聲介質(zhì)的均勻溫度偏差。溫度傳感器放置在傳感器內(nèi)部，信號(hào)通過傳感器的布線發(fā)送到收發(fā)器�？蛇x地，可以使用備用溫度傳感器來提供溫度輸入，而不是使用積分溫度傳感器。如果要使聲介質(zhì)的溫度保持恒定，可以在收發(fā)器配置過程中輸入所需的溫度，而不是使用積分溫度補(bǔ)償或遙感器。
●材料表面存在大量泡沫/灰塵，可作為吸音劑。在某些情況下，吸收可能足以阻止超聲技術(shù)的使用。為了提高泡沫/灰塵或其他因素影響波在液體表面的傳播的性能，一些模型可以在傳感器上附加波束導(dǎo)向器。
●液體的極端湍流會(huì)導(dǎo)致讀數(shù)波動(dòng)。在儀器中使用阻尼調(diào)節(jié)或響應(yīng)延遲可能有助于克服這個(gè)問題。收發(fā)器提供阻尼來控制顯示材料電平的較大變化率和mAoutput信號(hào)的波動(dòng)。阻尼會(huì)降低顯示器的響應(yīng)速度，尤其是當(dāng)液體表面處于攪拌狀態(tài)或填充過程中材料落入聲道時(shí)。
        工業(yè)超聲液位變送器幾乎可以監(jiān)測(cè)任何中短期的非接觸式超聲波液位計(jì)測(cè)量的大多數(shù)自由流動(dòng)的固體(顆粒和粉末)和液體。在以塵埃為特征的應(yīng)用中，該儀器通過調(diào)整自身以適應(yīng)過程的嚴(yán)重程度，表現(xiàn)出顯著的穩(wěn)定性。
        Adefinite Indumart超聲波物位變送器的一些模型的優(yōu)點(diǎn)是他們狹隘的波束角5°或6°3 dB。由于波束角度較窄，所發(fā)射的超聲信號(hào)保證了較好的聚焦和較好的槽狀塵埃穿透性，并且在側(cè)壁不均勻、物體突出的狹窄筒倉中提供了可靠的測(cè)量結(jié)果(圖17)。
 

        這些傳感器實(shí)際上是免疫的積累，因?yàn)槔淠�是霧化接觸他們的高度活躍的封閉的細(xì)胞面。較低頻率模型在極端惡劣的環(huán)境中工作，如水泥、糖筒倉、碎石機(jī)、礫石箱等。
        它們結(jié)合電流輸出直接或成反比的跨度。遠(yuǎn)程編程和獲得信息,比如觀看的主要測(cè)量值,從發(fā)射機(jī)?配置執(zhí)行的軟件,它運(yùn)行在Windows。通常推薦使用可編程系統(tǒng)，這樣可以方便地輸入所有的配置數(shù)據(jù)，如低電平和高電平的精確輸入，而不需要實(shí)際的模擬，并且可以聲明過程的嚴(yán)重程度來優(yōu)化電平測(cè)量。軟件的其他功能包括:(1)查看測(cè)量值通過EXCEL?計(jì)算機(jī)上的應(yīng)用程序;(2)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行單獨(dú)的錯(cuò)誤信息診斷;(3)參數(shù)宣讀,報(bào)告系統(tǒng)的操作條件,以方便安裝和?故障排除。還可以獲取具有MODBUS協(xié)議的可選RS485，用于發(fā)射機(jī)的監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集和遠(yuǎn)程編程。HART的超聲波儀器和組態(tài)軟件可以對(duì)多達(dá)15個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程編程，并在PC上查看主要測(cè)量值。
        為了避免固體靜止形成所引起的問題，需要裝置的瞄準(zhǔn)(傾斜)。為大多數(shù)型號(hào)提供了在坦克/筒倉中進(jìn)行較適當(dāng)液位測(cè)量的瞄準(zhǔn)裝置。
        編程器/顯示模塊(D400)也可以添加到您的級(jí)別/體積測(cè)量系統(tǒng)中，以在其6位顯示上指示流程值，并用于通過訪問LTU400或LTU200系列的所有特性來進(jìn)行全參數(shù)編程(圖18)。該程序的柱狀圖顯示提供了信號(hào)強(qiáng)度或測(cè)量值的可視化信息。這些系列的特點(diǎn)是32點(diǎn)線性化，超過10個(gè)預(yù)先編程的容器形狀(圖19)，用于計(jì)算體積/重量，以及抑制來自容器內(nèi)固定對(duì)象的回波接口的能力。其他功能包括:(1)采用密碼鎖訪問，防止未經(jīng)授權(quán)的訪問和編程;(2)具有獨(dú)立錯(cuò)誤信息的全自診斷系統(tǒng)，可采取相應(yīng)的行動(dòng);(3)讀出服務(wù)和測(cè)試參數(shù)，報(bào)告?zhèn)鞲衅髟鲆�、回波幅度、噪聲�?jí)等工作狀態(tài)，方便系統(tǒng)的安裝和故障排除;(4)仿真模式，利用低電平、高電平、循環(huán)時(shí)間等可選參數(shù)，模擬電平的靜態(tài)或連續(xù)變化，檢查儀器輸出;(5)顯示設(shè)備歷史記錄，如總工作小時(shí)數(shù)、較后一次開機(jī)后的操作、每個(gè)繼電器的開關(guān)動(dòng)作數(shù)、記錄的較低和較高溫度等。
       D400的其他特性有:兩個(gè)獨(dú)立的卷流總量器(其中一個(gè)是可重置的);電平變化趨勢(shì)監(jiān)測(cè)及變化率、溫度監(jiān)測(cè);單獨(dú)編碼的錯(cuò)誤消息。另外，設(shè)備歷史記錄的指示，如總工作時(shí)間，較后一次開機(jī)后的工作時(shí)間，較低和較高溫度等。提供5個(gè)板載多用途繼電器，用于液位、流量或溫度的高/低報(bào)警。此外，這些繼電器可以作為自動(dòng)排序的泵控制或應(yīng)用于許多其他控制功能，因?yàn)槭瞻l(fā)器的電路提供了14種模式的繼電器操作。還提供5個(gè)LED顯示報(bào)警狀態(tài)。
       可選的帶有2個(gè)觸點(diǎn)(DIS300)的遠(yuǎn)程顯示也可以添加到您的液位測(cè)量系統(tǒng)中，以在其4位顯示上指示工藝值，并用于在理想的材料液位上觸發(fā)觸點(diǎn)。
 

        工業(yè)超聲液位測(cè)量儀器的應(yīng)用已被證明是可靠的，很少維護(hù)，而其他高維護(hù)水平的檢測(cè)器由于其負(fù)面的現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)而不是首選。其性能是基于自調(diào)整電路，通過軟件過程分析傳感器信號(hào)，并提供可實(shí)現(xiàn)的精度。在以塵埃、湍流和蒸汽為特征的應(yīng)用中，或在攪拌的容器中，這些儀器通過根據(jù)過程的嚴(yán)重程度進(jìn)行調(diào)整，表現(xiàn)出顯著的穩(wěn)定性。