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超声波液位计的原理和常见故障
2021-04-26
超声波液位计是由微处理器控制的非接触式连续量液位测量仪表。安装简单、测量方便，且不受液体的粘度、密度等影响，且因其无机械可动部分，可靠性较高，维护工作量小，在液位测量中具有广泛的应用。但测量精度相对较低，测量存在盲区，不可在压力容器中测量，也不能用于测量易挥发性介质。正是由于超声波液位计本身的局限性，使之在使用过程中，如果不加注意，容易出现一些故障。为帮助用户更好地使用超声波液位计，本文重点谈谈超声波液位计的原理和常见故障。
一、超声波液位计的原理
超声波液位计在测量中，超声波脉冲由传感器（换能器）发出，经物体表面反射后被同一传感器（换能器）接收，并转换成电信号，由超声波的发射和接收之间的时间来计算传感器（换能器）到被测液位的距离。
所以，超声波液位计就是利用超声波遇到不同物质的界面产生反射，通过测量回声距离的原理，根据超声波的发射和接收进行测量的。
由于超声波的发射和接收是一个来回，所以实际的测量距离值用公式表示就是：S=C×T/2。其中，S为测量距离值，C为声速，T为传输时间。
超声波在空气中传输的速度是固定的，池子的深度或罐体的高度也是一定的。实际的液位就是池子或罐体等容器的深度减去超声波测量的距离，就是液位或物位的高度。由此，就实现了超声波对液位的测量。
二、超声波液位计的常见故障
1．超声波传播速度C引起的测量不准
由于超声波在不同介质中的传播速度C不同，如0℃时，空气中声波传播速度约为331m/s，在水蒸气中为403m/s，且随着压力和温度变化，传播速度C也会发生变化，当温度为100℃，空气中声波传播速度由0℃时的331m/s增加为387m/s，并且测量探头越接近液面传播速度C变化越显著，这样由于传播速度C的变化和不确定产生的测量误差，必须通过物理标定或采用压力、温度补偿等办法来减少测量中的误差，现在也有许多测量探头带有压力、温度补偿功能，当压力和温度稳定时，也可以直接通过整定压力和温度值到当前值，进行压力和温度补偿。
2．由于电源电压波动引起的测量不准
对于单探头的测量装置，同一测量探头既做发射器又做接收器，那么在发射超声波时，当探头上加了较高的激励电压，会使盲区距离加大，且有可能超出测量的范围；当探头上电压过低，由于测量距离较远，可能接收不到回返的信号，致使不能正常工作，或产生测量误差，这时就需要调整电源电压到额定值，使探头正常工作。
3．所选测量的量程不合适
由于盲区距离的存在及超声波在传播过程中会产生衰减，因此利用超声波测量液位有一定的测量范围，而不是无限制的，所以应选择合适的探头及工作方式。
4．测量传播介质引起的故障
在测量中，传播介质中含有较大的液滴颗粒时，当超声波遇到这些液滴会产生散射和反射，这些液滴也会吸收超声波，造成超声波的衰减，从而造成测量误差或者使测量探头无法工作，这种现象在我国的北方地区，尤其是冬天更是常见。当这些液滴附着在测量探头表面时，危害更大，一方面会使测量探头不能工作，另一方面时间过长液滴可能会腐蚀探头表面，使测量探头无法使用，因此应及时通过通风和擦拭，并加装过滤装置，对测量探头加装保护罩。当液滴颗粒较小且没有附着在探头表面时，也可以采用大功率的探头或双探头测量方式解决。
5．测量液位液面引起的故障
当被测液位液面附有其他杂质或液面很不平时，超声波遇到漫反射或波束反射到其他方向，而回到测量探头的超声波很少，超出测量探头灵敏度范围，这样测量探头测不到波束，不能反映，无法正常工作，这时应在测量探头的下方放置铁丝围井等方式。
6．安装方式引起的故障
超声波液位计是有盲区的，如同人的眼睛一样，盲区是当物体离眼睛非常近的时候，反而看不清楚了，这一段距离就叫盲区。
超声波液位计的盲区，根据量程的不同，盲区也不同。量程越小，则盲区越小，量程越大，则盲区越大。但一般在30cm-50cm之间。所以，在安装超声波液位计的时，盲区一定要考虑进去。
超声波液位计的测量探头（换能器）应垂直安装到合适的位置，当安装倾斜时，测量探头发出的超声波束就会反射到其他方向，这时，测量探头收不到超声波束，就不能正常工作，所以应校正重新安装，当测量探头距液面过近或过远时，也影响测量，所以测量探头应安装到距离液面合适的位置，使液面高度变化范围在测量探头的测量范围内，液面最高应在盲区距离外。
计为Uson-11系列超声波液位计采用微处理器程序控制技术以及智能信号处理技术，测量高效、精准。EMC设计符合IEC61000-4(GB/T17626.2)标准，确保该液位计能够在强干扰的苛刻嘈杂工业环境中稳定可靠工作。现有5米、10米、15米三种量程可选。一般地，量程为5m/10m时，其盲区≤0.3m，量程为15m时，其盲区≤0.6m。
一、超声波液位计的原理
超声波液位计在测量中，超声波脉冲由传感器（换能器）发出，经物体表面反射后被同一传感器（换能器）接收，并转换成电信号，由超声波的发射和接收之间的时间来计算传感器（换能器）到被测液位的距离。
所以，超声波液位计就是利用超声波遇到不同物质的界面产生反射，通过测量回声距离的原理，根据超声波的发射和接收进行测量的。
由于超声波的发射和接收是一个来回，所以实际的测量距离值用公式表示就是：S=C×T/2。其中，S为测量距离值，C为声速，T为传输时间。
超声波在空气中传输的速度是固定的，池子的深度或罐体的高度也是一定的。实际的液位就是池子或罐体等容器的深度减去超声波测量的距离，就是液位或物位的高度。由此，就实现了超声波对液位的测量。
二、超声波液位计的常见故障
1．超声波传播速度C引起的测量不准
由于超声波在不同介质中的传播速度C不同，如0℃时，空气中声波传播速度约为331m/s，在水蒸气中为403m/s，且随着压力和温度变化，传播速度C也会发生变化，当温度为100℃，空气中声波传播速度由0℃时的331m/s增加为387m/s，并且测量探头越接近液面传播速度C变化越显著，这样由于传播速度C的变化和不确定产生的测量误差，必须通过物理标定或采用压力、温度补偿等办法来减少测量中的误差，现在也有许多测量探头带有压力、温度补偿功能，当压力和温度稳定时，也可以直接通过整定压力和温度值到当前值，进行压力和温度补偿。
2．由于电源电压波动引起的测量不准
对于单探头的测量装置，同一测量探头既做发射器又做接收器，那么在发射超声波时，当探头上加了较高的激励电压，会使盲区距离加大，且有可能超出测量的范围；当探头上电压过低，由于测量距离较远，可能接收不到回返的信号，致使不能正常工作，或产生测量误差，这时就需要调整电源电压到额定值，使探头正常工作。
3．所选测量的量程不合适
由于盲区距离的存在及超声波在传播过程中会产生衰减，因此利用超声波测量液位有一定的测量范围，而不是无限制的，所以应选择合适的探头及工作方式。
4．测量传播介质引起的故障
在测量中，传播介质中含有较大的液滴颗粒时，当超声波遇到这些液滴会产生散射和反射，这些液滴也会吸收超声波，造成超声波的衰减，从而造成测量误差或者使测量探头无法工作，这种现象在我国的北方地区，尤其是冬天更是常见。当这些液滴附着在测量探头表面时，危害更大，一方面会使测量探头不能工作，另一方面时间过长液滴可能会腐蚀探头表面，使测量探头无法使用，因此应及时通过通风和擦拭，并加装过滤装置，对测量探头加装保护罩。当液滴颗粒较小且没有附着在探头表面时，也可以采用大功率的探头或双探头测量方式解决。
5．测量液位液面引起的故障
当被测液位液面附有其他杂质或液面很不平时，超声波遇到漫反射或波束反射到其他方向，而回到测量探头的超声波很少，超出测量探头灵敏度范围，这样测量探头测不到波束，不能反映，无法正常工作，这时应在测量探头的下方放置铁丝围井等方式。
6．安装方式引起的故障
超声波液位计是有盲区的，如同人的眼睛一样，盲区是当物体离眼睛非常近的时候，反而看不清楚了，这一段距离就叫盲区。
超声波液位计的盲区，根据量程的不同，盲区也不同。量程越小，则盲区越小，量程越大，则盲区越大。但一般在30cm-50cm之间。所以，在安装超声波液位计的时，盲区一定要考虑进去。
超声波液位计的测量探头（换能器）应垂直安装到合适的位置，当安装倾斜时，测量探头发出的超声波束就会反射到其他方向，这时，测量探头收不到超声波束，就不能正常工作，所以应校正重新安装，当测量探头距液面过近或过远时，也影响测量，所以测量探头应安装到距离液面合适的位置，使液面高度变化范围在测量探头的测量范围内，液面最高应在盲区距离外。
计为Uson-11系列超声波液位计采用微处理器程序控制技术以及智能信号处理技术，测量高效、精准。EMC设计符合IEC61000-4(GB/T17626.2)标准，确保该液位计能够在强干扰的苛刻嘈杂工业环境中稳定可靠工作。现有5米、10米、15米三种量程可选。一般地，量程为5m/10m时，其盲区≤0.3m，量程为15m时，其盲区≤0.6m。
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