超聲波液位計的工作原理和故障原因

2021-08-20 13:50:44 admin 28

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超聲波液位計是由微處理器控制的非接觸式連續量液位測量儀表。安裝簡單、測量方便,且不受液體的粘度、密度等影響,且因其無機械可動部分,可靠性較高,維護工作量小,在液位測量中具有廣泛的應用。

超聲波液位計的測量精度相對較低,測量存在盲區,不可在壓力容器中測量,也不能用于測量易揮發性介質。正是由于超聲波液位計本身的局限性,在使用過程中如果不加注意,容易出現一些故障。為幫助用戶更好地使用超聲波液位計,本文重點談談超聲波液位計的工作原理和故障原因。

一、超聲波液位計的測量原理

超聲波液位計在測量中,超聲波脈沖由傳感器(換能器)發出,經物體表面反射后被同一傳感器(換能器)接收,并轉換成電信號,由超聲波的發射和接收之間的時間來計算傳感器(換能器)到被測液位的距離。
所以,超聲波液位計就是利用超聲波遇到不同物質的界面產生反射,通過測量回聲距離的原理,根據超聲波的發射和接收進行測量的。
由于超聲波的發射和接收是一個來回,所以實際的測量距離值用公式表示就是:S=C×T/2。其中,S為測量距離值,C為聲速,T為傳輸時間。
超聲波在空氣中傳輸的速度是固定的,池子的深度或罐體的高度也是一定的。實際的液位就是池子或罐體等容器的深度減去超聲波測量的距離,就是液位或物位的高度。由此,就實現了超聲波對液位的測量。

二、超聲波液位計故障發生原因

1、超聲波傳播速度C引起的測量不準
由于超聲波在不同介質中的傳播速度C不同,如0℃時,空氣中聲波傳播速度約為331m/s,在水蒸氣中為403m/s,且隨著壓力和溫度變化,傳播速度C也會發生變化,當溫度為100℃,空氣中聲波傳播速度由0℃時的331m/s增加為387m/s,并且測量探頭越接近液面傳播速度C變化越顯著,這樣由于傳播速度C的變化和不確定產生的測量誤差,必須通過物理標定或采用壓力、溫度補償等辦法來減少測量中的誤差,現在也有許多測量探頭帶有壓力、溫度補償功能,當壓力和溫度穩定時,也可以直接通過整定壓力和溫度值到當前值,進行壓力和溫度補償。
2、由于電源電壓波動引起的測量不準
對于單探頭的測量裝置,同一測量探頭既做發射器又做接收器,那么在發射超聲波時,當探頭上加了較高的激勵電壓,會使盲區距離加大,且有可能超出測量的范圍;當探頭上電壓過低,由于測量距離較遠,可能接收不到回返的信號,致使不能正常工作,或產生測量誤差,這時就需要調整電源電壓到額定值,使探頭正常工作。
3、所選測量的量程不合適
由于盲區距離的存在及超聲波在傳播過程中會產生衰減,因此利用超聲波測量液位有一定的測量范圍,而不是無限制的,所以應選擇合適的探頭及工作方式。
4、測量傳播介質引起的故障
在測量中,傳播介質中含有較大的液滴顆粒時,當超聲波遇到這些液滴會產生散射和反射,這些液滴也會吸收超聲波,造成超聲波的衰減,從而造成測量誤差或者使測量探頭無法工作,這種現象在我國的北方地區,尤其是冬天更是常見。當這些液滴附著在測量探頭表面時,危害更大,一方面會使測量探頭不能工作,另一方面時間過長液滴可能會腐蝕探頭表面,使測量探頭無法使用,因此應及時通過通風和擦拭,并加裝過濾裝置,對測量探頭加裝保護罩。當液滴顆粒較小且沒有附著在探頭表面時,也可以采用大功率的探頭或雙探頭測量方式解決。
5、測量液位液面引起的故障
當被測液位液面附有其他雜質或液面很不平時,超聲波遇到漫反射或波束反射到其他方向,而回到測量探頭的超聲波很少,超出測量探頭靈敏度范圍,這樣測量探頭測不到波束,不能反映,無法正常工作,為改變這種狀況,可采取在測量探頭的下方放置鐵絲圍井等方式解決。
6、安裝方式引起的故障
超聲波液位計是有盲區的,如同人的眼睛一樣,盲區是當物體離眼睛非常近的時候,反而看不清楚了,這一段距離就叫盲區。
超聲波液位計的盲區,根據量程的不同,盲區也不同。量程越小,則盲區越小,量程越大,則盲區越大。但一般在30-50cm之間。所以,在安裝超聲波液位計時,盲區一定要考慮進去。
超聲波液位計的測量探頭(換能器)應垂直安裝到合適的位置,當傾斜安裝時,測量探頭發出的超聲波波束就會反射到其他方向,這時,測量探頭收不到波束,無法正常工作,所以應校正重新安裝,當測量探頭距液面過近或過遠時,也影響測量,所以測量探頭應安裝到距離液面合適的位置,使液面高度變化范圍在測量探頭的測量范圍內,液面最高位置應在盲區距離外。

 




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