超聲波物位計多用于連續(xù)性測量,主要利用聲波碰到液面產(chǎn)生反射波的原理,測出從發(fā)射波發(fā)出到反射波返回整個過程所需要的時間。實際應(yīng)用中,就是將超聲波物位計垂直安裝于液體表面,當(dāng)超聲波物位計工作時,會向液面發(fā)射一個超聲波脈沖,經(jīng)過一段時間,超聲波物位計的傳感器就會接到被液面返回的信號,根據(jù)超聲波物位計發(fā)出和接收超聲波的時間差,從而計算出液面到傳感器的距離,即可計算出液位的具體高度。
在上述工作原理中,聲音在介質(zhì)中的速度為c,回波與發(fā)射脈沖的時間差為t,然后根據(jù)公式D=c×t/2,再計算傳感器與物面之間的距離D。超聲波物位計的測量原理請結(jié)合下圖理解,計算公式為:L=E-D,其中E為空罐距離,F(xiàn)為量程(滿罐距離),L為物位,BD為測量盲區(qū),D為傳感器外殼平面到液面之間的距離。
主要參數(shù)
1、量程。代表超聲波物位計所能測量的大范圍,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不同量程的換能器。當(dāng)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(qū)分,就需要增大換能器的發(fā)射功率。
2、盲區(qū)。也叫死區(qū),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(fā)射超聲波脈沖時,不能同時檢測反射回波。由于發(fā)射的超聲波脈沖具有一定的時間寬度,同時發(fā)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(qū)。相同量程的產(chǎn)品,盲區(qū)越小,就說明這個換能器的設(shè)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(shù)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(shù)超聲波物位計都帶有溫度補(bǔ)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(chǎn)生影響,比如一些揮發(fā)性的液體,揮發(fā)后導(dǎo)致空氣成分變化,導(dǎo)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(huán)境干擾情況下,大部分廠家可以將精度控制在0.5%以內(nèi)。
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(fā)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(dāng)它們負(fù)端共地相連時,通常使用三條線即可,其優(yōu)勢是發(fā)射功率較大。
優(yōu)點
1.與激光測距技術(shù)相比,有簡單和經(jīng)濟(jì)的優(yōu)點;
2.超聲技術(shù)一般不需要運(yùn)動部件,所以在安裝和維護(hù)上又相應(yīng)比較方便;
3.超聲波物位計不僅能定點和連續(xù)測位,而且能方便的提供遙測或遙控所需的信號;
4.超聲波物位計與放射性測位技術(shù)相比,不需要防護(hù)。
缺點
1.與激光測距技術(shù)相比,有簡單和經(jīng)濟(jì)的優(yōu)點;
2.超聲技術(shù)一般不需要運(yùn)動部件,所以在安裝和維護(hù)上又相應(yīng)比較方便;
3.超聲波物位計不僅能定點和連續(xù)測位,而且能方便的提供遙測或遙控所需的信號;
4.超聲波物位計與放射性測位技術(shù)相比,不需要防護(hù)。
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