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超聲波液位計(jì)的工作原理及故障原因
閱讀：3892發(fā)布時(shí)間：2021-5-19
超聲波液位計(jì)是一種由微處理器控制的非接觸式連續(xù)液位測(cè)量?jī)x。安裝簡(jiǎn)單，測(cè)量方便，不受液體粘度和密度的影響。由于它沒(méi)有機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件，可靠性更高，維護(hù)工作量更少，因此在液位測(cè)量中得到廣泛應(yīng)用。但測(cè)量精度相對(duì)較低，測(cè)量中存在盲區(qū)，不能在壓力容器中測(cè)量，也不能用于測(cè)量揮發(fā)性介質(zhì)。正是由于超聲波液位計(jì)本身的局限性，如果在使用過(guò)程中不加以注意，很容易出現(xiàn)一些故障。為了幫助用戶更好地使用超聲波液位計(jì)，本文重點(diǎn)介紹了超聲波液位計(jì)的工作原理和故障原因。
一、超聲波液位計(jì)的測(cè)量原理
在超聲波液位計(jì)的測(cè)量中，超聲波脈沖由傳感器(換能器)發(fā)出，經(jīng)物體表面反射后，由同一傳感器(換能器)接收，并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。傳感器(傳感器)和被測(cè)液位之間的距離由超聲波發(fā)射和接收之間的時(shí)間來(lái)計(jì)算。
因此，超聲波液位計(jì)利用測(cè)量回波距離的原理，根據(jù)超聲波的發(fā)射和接收進(jìn)行測(cè)量。
由于超聲波的發(fā)射和接收是一次往返，實(shí)際測(cè)量的距離值用公式表示：S=CT/2。其中s為測(cè)得的距離值，c為聲速，t為傳播時(shí)間。
超聲波在空氣中的傳播速度是固定的，池子的深度或水箱的高度也是固定的。實(shí)際液位是池子或罐體等容器的深度減去超聲波測(cè)量的距離，即液位或液位的高度。從而實(shí)現(xiàn)了液位的超聲波測(cè)量。
二、超聲波液位計(jì)故障原因
1、由超聲波傳播速度C引起的測(cè)量不準(zhǔn)確
由于超聲波在不同介質(zhì)中的傳播速度C不同，例如在0時(shí)，聲波在空氣中的傳播速度約為331米/秒，在水蒸氣中的傳播速度為403米/秒，傳播速度C也會(huì)隨著壓力和溫度的變化而變化。當(dāng)溫度為100時(shí)，聲波在空氣中的傳播速度從0時(shí)的331米/秒增加到387米/秒，測(cè)量探頭越靠近液面的傳播速度。這樣，由于傳播速度C的變化和不確定性引起的測(cè)量誤差，必須通過(guò)物理校準(zhǔn)或壓力和溫度補(bǔ)償來(lái)減小測(cè)量誤差?，F(xiàn)在有很多帶壓力和溫度補(bǔ)償功能的測(cè)量探頭。當(dāng)壓力和溫度穩(wěn)定時(shí)，也可以通過(guò)將壓力和溫度值設(shè)置為當(dāng)前值來(lái)直接補(bǔ)償。
2、電源電壓波動(dòng)導(dǎo)致測(cè)量不準(zhǔn)確
對(duì)于單探頭測(cè)量裝置，發(fā)射器和接收器都使用同一測(cè)量探頭，因此在發(fā)射超聲波時(shí)，當(dāng)對(duì)探頭施加較高的激勵(lì)電壓時(shí)，盲區(qū)距離會(huì)增大，可能會(huì)超出測(cè)量范圍；當(dāng)探頭上的電壓過(guò)低時(shí)，由于測(cè)量距離長(zhǎng)，可能收不到返回信號(hào)，導(dǎo)致運(yùn)行異?；驕y(cè)量誤差。此時(shí)，需要將電源電壓調(diào)整到額定值，使探頭正常工作。
3、.選擇的測(cè)量范圍不合適
由于超聲波在傳播過(guò)程中存在盲區(qū)距離和衰減，超聲波測(cè)量液位有一定的測(cè)量范圍，但沒(méi)有限制，因此應(yīng)選擇合適的探頭和工作模式。
4、測(cè)量傳播介質(zhì)引起的故障
在測(cè)量中，當(dāng)傳播介質(zhì)包含大的液滴顆粒時(shí)，超聲波在遇到這些液滴時(shí)會(huì)散射和反射，這些液滴也會(huì)吸收超聲波，導(dǎo)致超聲波衰減，從而導(dǎo)致測(cè)量誤差或使測(cè)量探頭無(wú)法工作。這種現(xiàn)象在中國(guó)北方比較常見(jiàn)，尤其是冬季。當(dāng)這些液滴附著在測(cè)量探頭表面時(shí)，危害會(huì)更大。一方面，測(cè)量探頭不會(huì)工作；另一方面，如果時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，液滴可能會(huì)腐蝕探頭表面，使測(cè)量探頭無(wú)法使用。因此，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行通風(fēng)和擦拭，并安裝過(guò)濾裝置，在測(cè)量探頭上安裝防護(hù)罩。當(dāng)液滴顆粒很小且沒(méi)有附著在探針表面時(shí)，也可以通過(guò)使用大功率探針或雙探針測(cè)量方法來(lái)解決。
5、測(cè)量液位液面引起的故障
當(dāng)被測(cè)液位附著其他雜質(zhì)或液位非常不規(guī)則時(shí)，超聲波遇到漫反射或光束反射到其他方向，但返回到測(cè)量探頭的超聲波很少，超出了測(cè)量探頭的靈敏度范圍，導(dǎo)致測(cè)量探頭無(wú)法測(cè)量光束，無(wú)法反射，無(wú)法正常工作。這時(shí)應(yīng)在測(cè)量探頭的下方放置鐵絲圍井等方式。
6、安裝方法導(dǎo)致的故障
超聲波液位計(jì)有盲點(diǎn)，就像人眼一樣。盲點(diǎn)是物體離眼睛很近，但看不清楚。這個(gè)距離叫做盲點(diǎn)。
超聲波液位計(jì)的盲區(qū)根據(jù)量程不同而不同。范圍越小，盲區(qū)越小，范圍越大，盲區(qū)越大。但一般在30cm到50cm之間。因此，安裝超聲波液位計(jì)時(shí)必須考慮盲區(qū)。
超聲波液位計(jì)的測(cè)量探頭(傳感器)應(yīng)垂直安裝在合適的位置。當(dāng)安裝傾斜時(shí)，測(cè)量探頭發(fā)出的超聲波束會(huì)反射到其他方向。此時(shí)，測(cè)量探頭在沒(méi)有接收到超聲波束的情況下無(wú)法正常工作，因此應(yīng)進(jìn)行校正并重新安裝。當(dāng)測(cè)量探頭離液位太近或太遠(yuǎn)時(shí)，也會(huì)影響測(cè)量。因此，測(cè)量探頭應(yīng)安裝在離液位合適的位置，使液位高度變化的范圍在測(cè)量探頭的測(cè)量范圍內(nèi)，高液位應(yīng)在盲區(qū)內(nèi)。
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