超聲波物位計的基本定義

什么是超聲波物位計?首先我們先看看物位的定義:“物位”是指各種設備和容器中液體或固體物料的表面位置。由于物料的性質不同物位又分為液位和料位:

1)液位指設備和容器中液體介質表面的高低。

2)料位指設備和容器中所儲存的塊狀,顆?;蚍勰罟腆w物料的堆積高度。

因此所謂超聲波物位計其實就是超聲波液位計和超聲波料位計的統稱。當用于測量液體液位時,通常稱之為超聲波液位計;當用于測量固體料位時,通常稱之為超聲波料位計。

超聲波物位計的基本原理

超聲波物位計是利用換能器中壓電晶體發射超聲波,并接收從物位表面反射回來的回波,通過測量超聲波發射及接收的時間間隔,計算超聲波的傳輸距離,從而完成物位的準確測量。

超聲波物位計的主要指標

1)量程。代表超聲波物位計所能測量的最大范圍,反映的是換能器的靈敏度。量程越大,靈敏度越高。超聲波物位計可以配置4、6、8、10、20、30m等不同量程的換能器。當超聲波衰減快,界面反射差時,為避免超聲波探頭接收到的超聲波信號過弱,而無法與噪音信號區分,就需要增大換能器的發射功率。

2)盲區。也叫死區,就是超聲波物位計測量不到的一段距離。超聲波物位計在發射超聲波脈沖時,不能同時檢測反射回波。由于發射的超聲波脈沖具有一定的時間寬度,同時發射完超聲波后傳感器還有余振,期間不能檢測反射回波,因此從探頭表面向下開始的一小段距離無法正常檢測,這段距離稱為盲區。相同量程的產品,盲區越小,就說明這個換能器的設計越好。

3)溫度。正常范圍是-10~60攝氏度。雖然壓電陶瓷的極限工作溫度一般是150攝氏度,但超聲波物位計在制造過程中的大多數材料都不能在100攝氏度以上的溫度長期工作。

4)精度。主要受溫度變化影響較大,為保證測量精度,大多數超聲波物位計都帶有溫度補償功能。另外在氣體成分的變化也會對超聲波物位計的精度產生影響,比如一些揮發性的液體,揮發后導致空氣成分變化,導致氣體的聲速變化,引起測量誤差。在常溫常壓以及不受外部環境干擾情況下,大部分廠家可以將精度控制在0.5%以內。

5)兩線制與三線制。兩線制超聲波物位計其供電(DC24v)與信號輸出(DC4 ~ 20mA)共用一個回路,也就是僅使用兩條線即可,不足之處是發射功率相對略微微弱一些。三線制超聲波物位計實際上為四線制,其供電(DC24v)與信號輸出(DC4 ~ 20mA)回路分離,各使用兩條線,當它們負端共地相連時,通常使用三條線即可,其優勢是發射功率較大。

優勢與缺陷

超聲波物位計的優勢

1)超聲波傳播速度比較穩定,光線、介質粘度、濕度、介電常數、電導率、熱導率等對檢測幾乎無影響,因此適用于有毒、腐蝕性或高粘度等特殊場合的物位測量;

2)超聲波物位計與介質不接觸,無可動部件,電子元件只以聲頻振動,振幅小,儀器壽命長;

3)不僅可進行連續測量和定點測量,還能方便地提供遙測或遙控信號;

4)能測量高速運動或有傾斜晃動的液體的液位,如置于汽車、飛機、輪船中的液位。

超聲波物位計的缺陷

1)當超聲波傳播介質密度發生變化,聲速也將發生變化,嚴重影響測量精度;

2)超聲波物位計對溫度壓力比較敏感,所以一般需要在常溫常壓下測量。

3)有些物質對超聲波有強烈吸收作用,選用測量方法和測量儀器時要充分考慮液位測量的具體情況和條件。

超聲波物位計的應用領域

超聲波物位計由于成本低廉、方便易用,廣泛應用于石油、化工、自來水、污水處理、水利、鋼鐵、煤礦、電力、交通以及食品加工等行業。以下列舉一些具體用途的例子:

1)檢測汽車油箱的汽油的液位; 2)在裝瓶廠用于檢測瓶子; 3)在食品加工廠用于探測和控制液罐內的液位; 4)在包裝線上通過監控兩個滾軸之間的張力來控制材料的傳輸速度; 5)檢測汽車發動機組上的銷釘; 6)放入水中檢測淤泥的高度; 7)超聲波液位開關; 8)檢測污水池液位的高度。