各种液体和固体液位测量技术之超声波液位测量基础

超声波液位计测量基础
       超声波液位计变送器由两个元件组成;1)一个高效率的传感器和2)一个相关的电子收发器。它们一起工作，以确定发射的超声脉冲及其反射回波在非接触式传感器和被测材料电平之间完全回程的时间。如图16所示，一个安装在水箱顶部的换能器将脉冲波向下引导到待测材料表面。传感器内部的压电晶体将电脉冲转换成声能，声能以波的形式在给定的频率和给定的介质中以恒定的速度传播。这些波的回波返回到换能器，换能器进行计算，将波的传播距离转换成槽内液位的测量值。从发出声音到接收回波之间的时间间隔与传感器与容器内材料之间的距离成正比。介质通常是材料表面的空气，但也可能是其他气体或蒸汽的覆盖层。该仪器测量脉冲到达反射表面并返回的时间。这个时间将与传感器到表面的距离成正比，可以用来确定油箱内的液体水平。这一基本原理是超声测量技术的核心，其公式为:距离=(声速x时间)/2。这些非接触式设备在模型中可用，可以将读数转换为4-20 mA输出到dcs、PLCs或其他遥控器。
 

较小测量距离(Xm):(也称为“死带”)是所有超声波液位计计的共同特征。这是在传感器前面的一个短范围内超声波装置无法测量。
较大测量距离(XM):设备在理想状态下能够测量的较长距离。超过这段距离是不可能测量的。

         换能器，它执行计算，将波的传播距离转换为一个测量的水平，在坦克。从发出声音到接收回波之间的时间间隔与传感器与容器内材料之间的距离成正比。介质通常是材料表面的空气，但也可能是其他气体或蒸汽的覆盖层。该仪器测量脉冲到达反射表面并返回的时间。这个时间将与传感器到表面的距离成正比，可以用来确定油箱内的液体水平。这一基本原理是超声测量技术的核心，其公式为:距离=(声速x时间)/2。这些非接触式设备在模型中可用，可以将读数转换为4-20 mA输出到dcs、PLCs或其他遥控器。
超声波方法的频率范围在15…200千赫。较低频率的仪器用于较困难的用途;如较长的距离和固体液位测量和那些较高的频率用于较短的液位测量。
对于实际应用的超声波测量方法，必须考虑许多因素。几个关键点是:
●声音在介质(通常是空气)中的传播速度随着介质温度的变化而变化。换能器可以包含温度传感器来补偿工作温度的变化，这将改变声速，因此距离计算决定了准确的液位测量。提供温度补偿是为了考虑声介质的均匀温度偏差。温度传感器放置在传感器内部，信号通过传感器的布线发送到收发器。可选地，可以使用备用温度传感器来提供温度输入，而不是使用积分温度传感器。如果要使声介质的温度保持恒定，可以在收发器配置过程中输入所需的温度，而不是使用积分温度补偿或遥感器。
●材料表面存在大量泡沫/灰尘，可作为吸音剂。在某些情况下，吸收可能足以阻止超声技术的使用。为了提高泡沫/灰尘或其他因素影响波在液体表面的传播的性能，一些模型可以在传感器上附加波束导向器。
●液体的极端湍流会导致读数波动。在仪器中使用阻尼调节或响应延迟可能有助于克服这个问题。收发器提供阻尼来控制显示材料电平的较大变化率和mAoutput信号的波动。阻尼会降低显示器的响应速度，尤其是当液体表面处于搅拌状态或填充过程中材料落入声道时。
        工业超声液位变送器几乎可以监测任何中短期的非接触式超声波液位计测量的大多数自由流动的固体(颗粒和粉末)和液体。在以尘埃为特征的应用中，该仪器通过调整自身以适应过程的严重程度，表现出显著的稳定性。
        Adefinite Indumart超声波物位变送器的一些模型的优点是他们狭隘的波束角5°或6°3 dB。由于波束角度较窄，所发射的超声信号保证了较好的聚焦和较好的槽状尘埃穿透性，并且在侧壁不均匀、物体突出的狭窄筒仓中提供了可靠的测量结果(图17)。
 

        这些传感器实际上是免疫的积累，因为冷凝是雾化接触他们的高度活跃的封闭的细胞面。较低频率模型在极端恶劣的环境中工作，如水泥、糖筒仓、碎石机、砾石箱等。
        它们结合电流输出直接或成反比的跨度。远程编程和获得信息,比如观看的主要测量值,从发射机?配置执行的软件,它运行在Windows。通常推荐使用可编程系统，这样可以方便地输入所有的配置数据，如低电平和高电平的精确输入，而不需要实际的模拟，并且可以声明过程的严重程度来优化电平测量。软件的其他功能包括:(1)查看测量值通过EXCEL?计算机上的应用程序;(2)对系统进行单独的错误信息诊断;(3)参数宣读,报告系统的操作条件,以方便安装和?故障排除。还可以获取具有MODBUS协议的可选RS485，用于发射机的监控、数据采集和远程编程。HART的超声波仪器和组态软件可以对多达15个现场设备进行远程编程，并在PC上查看主要测量值。
        为了避免固体静止形成所引起的问题，需要装置的瞄准(倾斜)。为大多数型号提供了在坦克/筒仓中进行较适当液位测量的瞄准装置。
        编程器/显示模块(D400)也可以添加到您的级别/体积测量系统中，以在其6位显示上指示流程值，并用于通过访问LTU400或LTU200系列的所有特性来进行全参数编程(图18)。该程序的柱状图显示提供了信号强度或测量值的可视化信息。这些系列的特点是32点线性化，超过10个预先编程的容器形状(图19)，用于计算体积/重量，以及抑制来自容器内固定对象的回波接口的能力。其他功能包括:(1)采用密码锁访问，防止未经授权的访问和编程;(2)具有独立错误信息的全自诊断系统，可采取相应的行动;(3)读出服务和测试参数，报告传感器增益、回波幅度、噪声级等工作状态，方便系统的安装和故障排除;(4)仿真模式，利用低电平、高电平、循环时间等可选参数，模拟电平的静态或连续变化，检查仪器输出;(5)显示设备历史记录，如总工作小时数、较后一次开机后的操作、每个继电器的开关动作数、记录的较低和较高温度等。
       D400的其他特性有:两个独立的卷流总量器(其中一个是可重置的);电平变化趋势监测及变化率、温度监测;单独编码的错误消息。另外，设备历史记录的指示，如总工作时间，较后一次开机后的工作时间，较低和较高温度等。提供5个板载多用途继电器，用于液位、流量或温度的高/低报警。此外，这些继电器可以作为自动排序的泵控制或应用于许多其他控制功能，因为收发器的电路提供了14种模式的继电器操作。还提供5个LED显示报警状态。
       可选的带有2个触点(DIS300)的远程显示也可以添加到您的液位测量系统中，以在其4位显示上指示工艺值，并用于在理想的材料液位上触发触点。
 

        工业超声液位测量仪器的应用已被证明是可靠的，很少维护，而其他高维护水平的检测器由于其负面的现场经验而不是首选。其性能是基于自调整电路，通过软件过程分析传感器信号，并提供可实现的精度。在以尘埃、湍流和蒸汽为特征的应用中，或在搅拌的容器中，这些仪器通过根据过程的严重程度进行调整，表现出显著的稳定性。