超声波液位计原理

大家知道在工业生产装置的检测和控制中,了解所需的仪器仪表工作原理,对选取合适的测量调节仪表是非常有帮助的.在当前工矿企业的物位测量控制中,除了选用各种浮球液位计,压力变送器和差压变送器等等检测仪表外也常常选用超声波液位计那么它是如何工作的呢?一般来说我们把声波频率超过20kHz的声波称为超声波，超声波是机械波的一种，即是机械振动在弹性介质中的一种传播过程，它的特征是频率高、波长短、绕射现象小，另外方向性好，能够成为射线而定向传播。超声波在液体、固体中衰减很小，因而穿透能力强，尤其是在对光不透明的固体中，超声波可穿透几十米的长度，碰到杂质或界面就会有显著的反射，超声波物位计就是利用它的这一原理而工作的。在超声波检测技术中，不管那种超声波仪器，都必须把电能转换超声波发射出去，再接收回来变换成电信号，完成这项功能的装置就叫超声波换能器，也被称作为探头。将超声波换能器置于被测液体或物位上方，向下发射超声波，超声波穿过空气介质，在遇到水面或物体介面时被反射回来，然后被换能器所接收并转换为电信号，电子检测部分检测到这一信号后将其变成物位信号进行显示并输出标准信号,供其它仪表或控制装置使用.由超声波在介质中传播原理可知，若介质压力、温度、密度、湿度等条件一定，则超声波在该介质中传播速度是一个常数。因此，当测量出超声波由发射到遇到物面或液面反射被接收所需要的时间，则可换算出超声波通过的路程，从而间接地测量出物位或者液位数据。超声波液位计可采用二线制、三线制或四线制技术，二线制为：供电与信号输出共用;三线制为：供电回路和信号输出回路独立，当采用直流24v供电时，可使用一根3芯电缆线，供电负端和信号输出负端共用一根芯线；四线制为：当采用交流220v供电时，或者当采用直流24v供电，要求供电回路与信号输出回路完全隔离时，应使用一根4芯电缆线。直流或交流供电，具有4~20mADC，高低位开关量输出。 　　 量程范围：0-50米，多种形式可选，适合各种腐蚀性、化工类场合，精度高，远传信号输出，PLC系统监控。超声波物位计工作原理是由超声波换能器（探头）发出高频脉冲声波遇到被测物位(物料)表面被反射折回反射回波被换能器接收转换成电信号.声波的传播时间与声波的发出到物体表面的距离成正比.声波传输距离S与声速C和声传输时间T的关系可用公式表示:S=C×T/2. 　　探头部分发射出超声波，然后被液面反射，探头部分 　　再接收，探头到液(物)面的距离和超声波经过的时间成比例: 　　hb = ct2 即 　　距离 = 时间×声速/2 　　声速的温度补偿公式: 环境声速= 331.5 + 0.6×温度

1、外测超声波液位计的传感器封装工艺；我公司自主研发的外测超声波液位计传感器探头的封装技术目前依然是原始的手工封装，对产品的性能有比较大的影响。希望能有对超声波有丰富经验的专家，对我公司的产品进行技术指导或者与我公司联合攻关。2、外贴式超声波液位开关的工作原理优化；我公司自主研发的外贴式超声波液位开关的工作原理、测量方法不能完全满足实际测量需要，希望有这方面研究的专家能提供技术指导或者与我公司联合攻关。

我们一般把声波频率超过20kHz的声波称为超声波，超声波是机械波的一种，即是机械振动在弹性介质中的一种传播过程，它的特征是频率高、波长短、绕射现象小，另外方向性好，能够成为射线而定向传播。超声波在液体、固体中衰减很小，因而穿透能力强，尤其是在对光不透明的固体中，超声波可穿透几十米的长度，碰到杂质或界面就会有显著的反射，超声波测量物位就是利用了它的这一特征。 在超声波检测技术中，不管那种超声波仪器，都必须把电能转换超声波发射出去，再接收回来变换成电信号，完成这项功能的装置就叫超声波换能器，也称探头。将超声波换能器置于被测液体上方，向下发射超声波，超声波穿过空气介质，在遇到水面时被反射回来，又被换能器所接收并转换为电信号，电子检测部分检测到这一信号后将其变成液位信号进行显示并输出。 由超声波在介质中传播原理可知，若介质压力、温度、密度、湿度等条件一定，则超声波在该介质中传播速度是一个常数。因此，当测出超声波由发射到遇到液面反射被接收所需要的时间，则可换算出超声波通过的路程，即得到了液位的数据。 超声波有盲区，安装时必须计算预留出传感器安装位置与测量液体之间的距离。 雷达液位计采用发射—反射—接收的工作模式。雷达液位计的天线发射出电磁波，雷达波以光速运行。这些波经被测对象表面反射后，再被天线接收，电磁波从发射到接收的时间与到液面的距离成正比，关系式如下：D=CT/2式中 D——雷达液位计到液面的距离C——光速T——电磁波运行时间 雷达液位计记录脉冲波经历的时间，而电磁波的传输速度为常数，则可算出液面到雷达天线的距离，从而知道液面的液位。在实际运用中，雷达液位计有两种方式即调频连续波式和脉冲波式。采用调频连续波技术的液位计，功耗大，须采用四线制，电子电路复杂。而采用雷达脉冲波技术的液位计，功耗低，可用二线制的24V DC供电，容易实现本质安全，精确度高，适用范围更广。 超声波用的是声波，雷达用的是电磁波，这才是最大的区别。而且超声波的穿透能力和方向性都比电磁波强的多，这就是超声波探测现在比较流行的原因。主要应用场合的区别： 超声波和雷达主要是测量原理的不同，而导致他们的不同的运用场合。雷达是鉴于被测物质的介电常数的，而超声波是鉴于被测物质的密度的。所以介电常数很低的物质雷达的测量效果就要打折扣，对于固体物质一般也推荐用超声波。同时雷达发射的是电磁波，不需要传播媒介，而超声波是声波，是一种机械波，是需要传播媒介的。另外波的发射方式元件不同，如超声波是通过压电物质的振动来发射的，所以它不可能用在压力较高或负压的场合，一般只用在常压容器。而雷达可以用在高压的过程罐。雷达的发射角度比超声波大，在小容器或瘦长的容器不推荐用非接触式雷达，一般推荐导波雷达。最后就是精度的问题，当然了，雷达的精度肯定是比超声波高，在储罐上肯定是用高精度雷达的，而不会选超声波。至于价格方面，一般情况下超声波比雷达低，当然一些大量程的超声波价格也是很高的，如6～70米的量程，这时雷达也达不到，只能选超声波！ 声波的传输是需要媒介的，所以在真空中就不能传播。所以超声波在现实应用中的局限性还是很大的，与雷达比起来多有不足。首先，超声波物位计有温度限制，一般探头处温度不能超过80度，并且声波速度受温度影响很大。其次，超声波物位计受压力影响很大，一般有求0.3MPa以内，因为声波要靠振动来发出，压力太大时发声部件会受影响。第三，当测量环境中雾气或粉尘很大时将不能很好的测量。凡此种种，都限制了超声波物位计的应用。与之相比，雷达的是电磁波，不受真空度影响，对介质温度压力的适用范围又很宽，随着高频雷达的出现，其应用范围就更加广泛了，所以在物位测量中，雷达是一个非常好的选择。 但是不论是雷达还是超声波液位计，在安装过程中都必须注意安装位置，注意盲区。比如安装在罐体上时，不要装在进料口，不要装在人梯附近，离罐壁要有300到500mm的距离，防止回波干扰。在有搅拌，液面波动大的时候也要选择合适的安装方法。总之，没有十全十美的东西。1.雷达测量范围要比超声波大很多。2.雷达有喇叭式、杆式、缆式，相对超声波能够应用于更复杂的工况。3.超声波精度不如雷达。4.雷达相对价位较高。5.用雷达的时候要考虑介质的介电常数。6.超声波不能应用于真空、蒸汽含量过高或液面有泡沫等工况。