各種液體和固體液位測量技術之超聲波液位測量基礎

超聲波液位計測量基礎
       超聲波液位計變送器由兩個元件組成;1)一個高效率的傳感器和2)一個相關的電子收發(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材料電平之間完全回程的時間。如圖16所示，一個安裝在水箱頂部的換能器將脈沖波向下引導到待測材料表面。傳感器內部的壓電晶體將電脈沖轉換成聲能，聲能以波的形式在給定的頻率和給定的介質中以恒定的速度傳播。這些波的回波返回到換能器，換能器進行計算，將波的傳播距離轉換成槽內液位的測量值。從發(fā)出聲音到接收回波之間的時間間隔與傳感器與容器內材料之間的距離成正比。介質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。該儀器測量脈沖到達反射表面并返回的時間。這個時間將與傳感器到表面的距離成正比，可以用來確定油箱內的液體水平。這一基本原理是超聲測量技術的核心，其公式為:距離=(聲速x時間)/2。這些非接觸式設備在模型中可用，可以將讀數轉換為4-20 mA輸出到dcs、PLCs或其他遙控器。
 

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

         換能器，它執(zhí)行計算，將波的傳播距離轉換為一個測量的水平，在坦克。從發(fā)出聲音到接收回波之間的時間間隔與傳感器與容器內材料之間的距離成正比。介質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。該儀器測量脈沖到達反射表面并返回的時間。這個時間將與傳感器到表面的距離成正比，可以用來確定油箱內的液體水平。這一基本原理是超聲測量技術的核心，其公式為:距離=(聲速x時間)/2。這些非接觸式設備在模型中可用，可以將讀數轉換為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量和那些較高的頻率用于較短的液位測量。
對于實際應用的超聲波測量方法，必須考慮許多因素。幾個關鍵點是:
●聲音在介質(通常是空氣)中的傳播速度隨著介質溫度的變化而變化。換能器可以包含溫度傳感器來補償工作溫度的變化，這將改變聲速，因此距離計算決定了準確的液位測量。提供溫度補償是為了考慮聲介質的均勻溫度偏差。溫度傳感器放置在傳感器內部，信號通過傳感器的布線發(fā)送到收發(fā)器。可選地，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向器。
●液體的極端湍流會導致讀數波動。在儀器中使用阻尼調節(jié)或響應延遲可能有助于克服這個問題。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信號的波動。阻尼會降低顯示器的響應速度，尤其是當液體表面處于攪拌狀態(tài)或填充過程中材料落入聲道時。
        工業(yè)超聲液位變送器幾乎可以監(jiān)測任何中短期的非接觸式超聲波液位計測量的大多數自由流動的固體(顆粒和粉末)和液體。在以塵埃為特征的應用中，該儀器通過調整自身以適應過程的嚴重程度，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)射的超聲信號保證了較好的聚焦和較好的槽狀塵埃穿透性，并且在側壁不均勻、物體突出的狹窄筒倉中提供了可靠的測量結果(圖17)。
 

        這些傳感器實際上是免疫的積累，因為冷凝是霧化接觸他們的高度活躍的封閉的細胞面。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、礫石箱等。
        它們結合電流輸出直接或成反比的跨度。遠程編程和獲得信息,比如觀看的主要測量值,從發(fā)射機?配置執(zhí)行的軟件,它運行在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據，如低電平和高電平的精確輸入，而不需要實際的模擬，并且可以聲明過程的嚴重程度來優(yōu)化電平測量。軟件的其他功能包括:(1)查看測量值通過EXCEL?計算機上的應用程序;(2)對系統(tǒng)進行單獨的錯誤信息診斷;(3)參數宣讀,報告系統(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)射機的監(jiān)控、數據采集和遠程編程。HART的超聲波儀器和組態(tài)軟件可以對多達15個現(xiàn)場設備進行遠程編程，并在PC上查看主要測量值。
        為了避免固體靜止形成所引起的問題，需要裝置的瞄準(傾斜)。為大多數型號提供了在坦克/筒倉中進行較適當液位測量的瞄準裝置。
        編程器/顯示模塊(D400)也可以添加到您的級別/體積測量系統(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行全參數編程(圖18)。該程序的柱狀圖顯示提供了信號強度或測量值的可視化信息。這些系列的特點是32點線性化，超過10個預先編程的容器形狀(圖19)，用于計算體積/重量，以及抑制來自容器內固定對象的回波接口的能力。其他功能包括:(1)采用密碼鎖訪問，防止未經授權的訪問和編程;(2)具有獨立錯誤信息的全自診斷系統(tǒng)，可采取相應的行動;(3)讀出服務和測試參數，報告?zhèn)鞲衅髟鲆�、回波幅度、噪聲級等工作狀態(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)時間等可選參數，模擬電平的靜態(tài)或連續(xù)變化，檢查儀器輸出;(5)顯示設備歷史記錄，如總工作小時數、較后一次開機后的操作、每個繼電器的開關動作數、記錄的較低和較高溫度等。
       D400的其他特性有:兩個獨立的卷流總量器(其中一個是可重置的);電平變化趨勢監(jiān)測及變化率、溫度監(jiān)測;單獨編碼的錯誤消息。另外，設備歷史記錄的指示，如總工作時間，較后一次開機后的工作時間，較低和較高溫度等。提供5個板載多用途繼電器，用于液位、流量或溫度的高/低報警。此外，這些繼電器可以作為自動排序的泵控制或應用于許多其他控制功能，因為收發(fā)器的電路提供了14種模式的繼電器操作。還提供5個LED顯示報警狀態(tài)。
       可選的帶有2個觸點(DIS300)的遠程顯示也可以添加到您的液位測量系統(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。
 

        工業(yè)超聲液位測量儀器的應用已被證明是可靠的，很少維護，而其他高維護水平的檢測器由于其負面的現(xiàn)場經驗而不是首選。其性能是基于自調整電路，通過軟件過程分析傳感器信號，并提供可實現(xiàn)的精度。在以塵埃、湍流和蒸汽為特征的應用中，或在攪拌的容器中，這些儀器通過根據過程的嚴重程度進行調整，表現(xiàn)出顯著的穩(wěn)定性。