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超声波液位计的工作原理及故障原因

点击次数:671 发布时间:2021-05-19
 超声波液位计是一种由微处理器控制的非接触式连续液位测量仪。安装简单,测量方便,不受液体粘度和密度的影响。由于它没有机械运动部件,可靠性更高,维护工作量更少,因此在液位测量中得到广泛应用。但测量精度相对较低,测量中存在盲区,不能在压力容器中测量,也不能用于测量挥发性介质。正是由于超声波液位计本身的局限性,如果在使用过程中不加以注意,很容易出现一些故障。为了帮助用户更好地使用超声波液位计,本文重点介绍了超声波液位计的工作原理和故障原因。
  一、超声波液位计的测量原理
  在超声波液位计的测量中,超声波脉冲由传感器(换能器)发出,经物体表面反射后,由同一传感器(换能器)接收,并转换成电信号。传感器(传感器)和被测液位之间的距离由超声波发射和接收之间的时间来计算。
  因此,超声波液位计利用测量回波距离的原理,根据超声波的发射和接收进行测量。
  由于超声波的发射和接收是一次往返,实际测量的距离值用公式表示:S=CT/2。其中s为测得的距离值,c为声速,t为传播时间。
  超声波在空气中的传播速度是固定的,池子的深度或水箱的高度也是固定的。实际液位是池子或罐体等容器的深度减去超声波测量的距离,即液位或液位的高度。从而实现了液位的超声波测量。
  二、超声波液位计故障原因
  1、由超声波传播速度C引起的测量不准确
  由于超声波在不同介质中的传播速度C不同,例如在0时,声波在空气中的传播速度约为331米/秒,在水蒸气中的传播速度为403米/秒,传播速度C也会随着压力和温度的变化而变化。当温度为100时,声波在空气中的传播速度从0时的331米/秒增加到387米/秒,测量探头越靠近液面的传播速度。这样,由于传播速度C的变化和不确定性引起的测量误差,必须通过物理校准或压力和温度补偿来减小测量误差。现在有很多带压力和温度补偿功能的测量探头。当压力和温度稳定时,也可以通过将压力和温度值设置为当前值来直接补偿。
  2、电源电压波动导致测量不准确
  对于单探头测量装置,发射器和接收器都使用同一测量探头,因此在发射超声波时,当对探头施加较高的激励电压时,盲区距离会增大,可能会超出测量范围;当探头上的电压过低时,由于测量距离长,可能收不到返回信号,导致运行异常或测量误差。此时,需要将电源电压调整到额定值,使探头正常工作。
  3、.选择的测量范围不合适
  由于超声波在传播过程中存在盲区距离和衰减,超声波测量液位有一定的测量范围,但没有限制,因此应选择合适的探头和工作模式。
  4、测量传播介质引起的故障
  在测量中,当传播介质包含大的液滴颗粒时,超声波在遇到这些液滴时会散射和反射,这些液滴也会吸收超声波,导致超声波衰减,从而导致测量误差或使测量探头无法工作。这种现象在中国北方比较常见,尤其是冬季。当这些液滴附着在测量探头表面时,危害会更大。一方面,测量探头不会工作;另一方面,如果时间过长,液滴可能会腐蚀探头表面,使测量探头无法使用。因此,应及时进行通风和擦拭,并安装过滤装置,在测量探头上安装防护罩。当液滴颗粒很小且没有附着在探针表面时,也可以通过使用大功率探针或双探针测量方法来解决。
  5、测量液位液面引起的故障
  当被测液位附着其他杂质或液位非常不规则时,超声波遇到漫反射或光束反射到其他方向,但返回到测量探头的超声波很少,超出了测量探头的灵敏度范围,导致测量探头无法测量光束,无法反射,无法正常工作。这时应在测量探头的下方放置铁丝围井等方式。
  6、安装方法导致的故障
  超声波液位计有盲点,就像人眼一样。盲点是物体离眼睛很近,但看不清楚。这个距离叫做盲点。
  超声波液位计的盲区根据量程不同而不同。范围越小,盲区越小,范围越大,盲区越大。但一般在30cm到50cm之间。因此,安装超声波液位计时必须考虑盲区。
  超声波液位计的测量探头(传感器)应垂直安装在合适的位置。当安装倾斜时,测量探头发出的超声波束会反射到其他方向。此时,测量探头在没有接收到超声波束的情况下无法正常工作,因此应进行校正并重新安装。当测量探头离液位太近或太远时,也会影响测量。因此,测量探头应安装在离液位合适的位置,使液位高度变化的范围在测量探头的测量范围内,最高液位应在盲区内。
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