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超聲波液位計的工作原理及故障原因
閱讀：4059發(fā)布時間：2021-5-19
超聲波液位計是一種由微處理器控制的非接觸式連續(xù)液位測量儀。安裝簡單，測量方便，不受液體粘度和密度的影響。由于它沒有機械運動部件，可靠性更高，維護工作量更少，因此在液位測量中得到廣泛應(yīng)用。但測量精度相對較低，測量中存在盲區(qū)，不能在壓力容器中測量，也不能用于測量揮發(fā)性介質(zhì)。正是由于超聲波液位計本身的局限性，如果在使用過程中不加以注意，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，本文重點介紹了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
在超聲波液位計的測量中，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。傳感器(傳感器)和被測液位之間的距離由超聲波發(fā)射和接收之間的時間來計算。
因此，超聲波液位計利用測量回波距離的原理，根據(jù)超聲波的發(fā)射和接收進行測量。
由于超聲波的發(fā)射和接收是一次往返，實際測量的距離值用公式表示：S=CT/2。其中s為測得的距離值，c為聲速，t為傳播時間。
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。實際液位是池子或罐體等容器的深度減去超聲波測量的距離，即液位或液位的高度。從而實現(xiàn)了液位的超聲波測量。
二、超聲波液位計故障原因
1、由超聲波傳播速度C引起的測量不準(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，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也會隨著壓力和溫度的變化而變化。當(dāng)溫度為100時，聲波在空氣中的傳播速度從0時的331米/秒增加到387米/秒，測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量誤差，必須通過物理校準(zhǔn)或壓力和溫度補償來減小測量誤差。現(xiàn)在有很多帶壓力和溫度補償功能的測量探頭。當(dāng)壓力和溫度穩(wěn)定時，也可以通過將壓力和溫度值設(shè)置為當(dāng)前值來直接補償。
2、電源電壓波動導(dǎo)致測量不準(zhǔn)確
對于單探頭測量裝置，發(fā)射器和接收器都使用同一測量探頭，因此在發(fā)射超聲波時，當(dāng)對探頭施加較高的激勵電壓時，盲區(qū)距離會增大，可能會超出測量范圍；當(dāng)探頭上的電壓過低時，由于測量距離長，可能收不到返回信號，導(dǎo)致運行異常或測量誤差。此時，需要將電源電壓調(diào)整到額定值，使探頭正常工作。
3、.選擇的測量范圍不合適
由于超聲波在傳播過程中存在盲區(qū)距離和衰減，超聲波測量液位有一定的測量范圍，但沒有限制，因此應(yīng)選擇合適的探頭和工作模式。
4、測量傳播介質(zhì)引起的故障
在測量中，當(dāng)傳播介質(zhì)包含大的液滴顆粒時，超聲波在遇到這些液滴時會散射和反射，這些液滴也會吸收超聲波，導(dǎo)致超聲波衰減，從而導(dǎo)致測量誤差或使測量探頭無法工作。這種現(xiàn)象在中國北方比較常見，尤其是冬季。當(dāng)這些液滴附著在測量探頭表面時，危害會更大。一方面，測量探頭不會工作；另一方面，如果時間過長，液滴可能會腐蝕探頭表面，使測量探頭無法使用。因此，應(yīng)及時進行通風(fēng)和擦拭，并安裝過濾裝置，在測量探頭上安裝防護罩。當(dāng)液滴顆粒很小且沒有附著在探針表面時，也可以通過使用大功率探針或雙探針測量方法來解決。
5、測量液位液面引起的故障
當(dāng)被測液位附著其他雜質(zhì)或液位非常不規(guī)則時，超聲波遇到漫反射或光束反射到其他方向，但返回到測量探頭的超聲波很少，超出了測量探頭的靈敏度范圍，導(dǎo)致測量探頭無法測量光束，無法反射，無法正常工作。這時應(yīng)在測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
超聲波液位計有盲點，就像人眼一樣。盲點是物體離眼睛很近，但看不清楚。這個距離叫做盲點。
超聲波液位計的盲區(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，安裝超聲波液位計時必須考慮盲區(qū)。
超聲波液位計的測量探頭(傳感器)應(yīng)垂直安裝在合適的位置。當(dāng)安裝傾斜時，測量探頭發(fā)出的超聲波束會反射到其他方向。此時，測量探頭在沒有接收到超聲波束的情況下無法正常工作，因此應(yīng)進行校正并重新安裝。當(dāng)測量探頭離液位太近或太遠(yuǎn)時，也會影響測量。因此，測量探頭應(yīng)安裝在離液位合適的位置，使液位高度變化的范圍在測量探頭的測量范圍內(nèi)，高液位應(yīng)在盲區(qū)內(nèi)。
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