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金湖美高--超聲波液位計(jì)原理

時(shí)間:2013-5-8閱讀:428
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超聲波液位計(jì),物位的定義:“物位”一詞統(tǒng)指各種設(shè)備和敞開(kāi)或密閉的容器中液體或固體物料的表面位置。對(duì)應(yīng)不同性質(zhì)的物料又有以下的定義:

    1、液位指設(shè)備和容器中液體介質(zhì)表面的高低.

    2、料位指設(shè)備和容器中所儲(chǔ)存的塊狀,顆?;蚍勰罟腆w物料的堆積高度.

    3、界位指相界面位置:容器中兩種互不相溶的液體,因其重度不同而形成分界面,為液-液相界面;容器中互不相溶的液體和固體之間的分界面,為液-固相界面.液-液,液-固相界面的位置簡(jiǎn)稱界位。

    物位是液位,料位,界位的總稱.對(duì)物位進(jìn)行測(cè)量,指示和控制的儀表,稱物位檢測(cè)儀表。物位檢測(cè)儀表的分類:由于被測(cè)對(duì)象種類繁多,檢測(cè)的條件和環(huán)境也有很大差別,所以物位檢測(cè)的方法有多種多樣,以滿足不同生產(chǎn)過(guò)程的測(cè)量要求.物位檢測(cè)儀表按測(cè)量方式可分為連續(xù)測(cè)量和定點(diǎn)測(cè)量?jī)纱箢?連續(xù)測(cè)量方式能持續(xù)測(cè)量物位的變化(連續(xù)量,輸出標(biāo)準(zhǔn)連續(xù)量信號(hào))定點(diǎn)測(cè)量方式則只檢測(cè)物位是否達(dá)到上限,下限或某個(gè)特定位置,定點(diǎn)測(cè)量?jī)x表一般稱為物位開(kāi)關(guān)(點(diǎn)位,輸出開(kāi)關(guān)量信號(hào))按工作原理分類,物位檢測(cè)儀表有直讀式,靜壓式,浮力式,機(jī)械式,電氣式等.

    我們?cè)诖税次覀兊膽?yīng)用習(xí)慣分為接觸式和非接觸式兩大類,目前應(yīng)用的接觸式物位儀表主要包括:重錘式,電容式,差壓式、浮球式等.非接觸式主要包括:射線式,超聲波式,雷達(dá)式等.由于篇幅關(guān)系我們就此著重介紹超聲波物/液位計(jì)的工作原理和分類應(yīng)用。

    二、超聲波液位計(jì),物位計(jì)的原理及選型在許多工業(yè)生產(chǎn)中,如化工、石油、冶金、電力、水處理等行業(yè),經(jīng)常要對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中存儲(chǔ)在容器、儲(chǔ)罐、倉(cāng)庫(kù)內(nèi)的物料進(jìn)行位置檢測(cè)和控制,物料物位檢測(cè)的準(zhǔn)確性、及時(shí)性對(duì)于實(shí)現(xiàn)安全、的工業(yè)生產(chǎn)具有十分重要的意義。計(jì)量的準(zhǔn)確與否將對(duì)企業(yè)的成本核算、能源消耗等指標(biāo)正確計(jì)算及可信程度產(chǎn)生影響,同時(shí)檢測(cè)元件的適用范圍和使用維護(hù)也關(guān)系到生產(chǎn)能否正常穩(wěn)定的進(jìn)行。

    正如上面所提到的:一般測(cè)量物位的方式有差壓式、重錘式、超聲波式、雷達(dá)式等。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷展,生產(chǎn)自動(dòng)化程度越來(lái)越高,對(duì)物位的測(cè)量精度、可靠性和連續(xù)性要求也越來(lái)越高。超聲波物位測(cè)量憑借其非接觸方式以及抗腐蝕、無(wú)毒害、免維護(hù)、使用壽命長(zhǎng)、性價(jià)比高等優(yōu)勢(shì)在國(guó)內(nèi)外得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

    1、超聲波物/液位計(jì)的測(cè)量原理我們一般把聲波頻率超過(guò)20kHz的聲波稱為超聲波,超聲波是機(jī)械波的一種,即是機(jī)械振動(dòng)在彈性介質(zhì)中的一種傳播過(guò)程,它的特征是頻率高、波長(zhǎng)短、繞射現(xiàn)象小,另外方向性好,能夠成為射線而定向傳播。超聲波在液體、固體中衰減很小,因而穿透能力強(qiáng),尤是在對(duì)光不透明的固體中,超聲波可穿透幾十米的長(zhǎng)度,碰到雜質(zhì)或界面就會(huì)有顯著的反射,超聲波測(cè)量物位就是利用了它的這一特征。在超聲波檢測(cè)技術(shù)中,不管那種超聲波儀器,都必須把電能轉(zhuǎn)換超聲波發(fā)射出去,再接收回來(lái)變換成電信號(hào),完成這項(xiàng)功能的裝置就叫超聲波換能器,也稱探頭。如圖所示,將超聲波換能器置于被測(cè)液體上方,向下發(fā)射超聲波,超聲波穿過(guò)空氣介質(zhì),在遇到水面時(shí)被反射回來(lái),又被換能器所接收并轉(zhuǎn)換為電信號(hào),電子檢測(cè)部分檢測(cè)到這一信號(hào)后將其變成液位信號(hào)進(jìn)行顯示并輸出。由超聲波在介質(zhì)中傳播原理可知,若介質(zhì)壓力、溫度、密度、濕度等條件一定,則超聲波在該介質(zhì)中傳播速度是一個(gè)常數(shù)。因此,當(dāng)測(cè)出超聲波由發(fā)射到遇到液面反射被接收所需要的時(shí)間,則可換算出超聲波通過(guò)的路程,即得到了液位的數(shù)據(jù)。圖中,D為池壁距超聲波換能器中心的距離,A為超聲波換能器距液面的距離,H為測(cè)量范圍,B為超聲波換能器距zui低液位距離。一般儀表出廠時(shí)對(duì)對(duì)A、D、A/B都有限制和要求。

2、超聲波物/液位計(jì)選型應(yīng)用目前,國(guó)內(nèi)外各種類型的超聲波物位檢測(cè)儀應(yīng)用比較廣泛,CKY系列超聲波物液位計(jì)(分體式或者一體式)在污水處理廠的應(yīng)用介紹它的選型和使用。

    2.1、CKY系列超聲波物/液位計(jì)的特點(diǎn)HLT系列超聲波物/液位計(jì)是一種智能化儀表,將它與適當(dāng)型號(hào)的換能器通過(guò)電纜遠(yuǎn)程連接,可以測(cè)量不同范圍的物位,因其*的智能軟件,使它具有以下特點(diǎn):

    (1)同樣的測(cè)量范圍下該液位計(jì)D值要求zui小,測(cè)量盲區(qū)zui短;

    (2)適用環(huán)境溫度范圍廣-40~+95C,且?guī)ё詣?dòng)溫度補(bǔ)償;

    (3)性能可靠、免維護(hù)。它采用智能軟件有效地識(shí)別真假回波,可滿足許多接觸式不能測(cè)量應(yīng)用場(chǎng)合;

    (4)不受攪拌器影響,*的回波處理功能保證在使用攪拌器及其他液面浪涌現(xiàn)象嚴(yán)重或有大量泡沫的場(chǎng)合仍能可靠工作并提供穩(wěn)定讀數(shù);

    (5)安裝簡(jiǎn)單,操作方便。

    2.2、選型根據(jù)需要和工況選擇合適的型號(hào)是保證測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確可靠的重要條件。

    (1)zui大測(cè)量范圍CKY系列超聲波物液位計(jì)(分體式或者一體式)可以配置4、6、8、10、20、30m等不同型號(hào)的換能器。在選擇換能器時(shí),需要考慮被測(cè)物料的特性、界面上介質(zhì)性質(zhì)、環(huán)境情況和生產(chǎn)系統(tǒng)的操作條件。超聲波發(fā)射后的衰減程度和界面反射特性對(duì)測(cè)量范圍有很大影響。當(dāng)超聲波衰減快,界面反射差時(shí),為避免超聲波探頭接收到的超聲波信號(hào)過(guò)弱,而無(wú)法與噪音信號(hào)區(qū)分,就要增大換能器的發(fā)射功率。

    (2)溫度補(bǔ)償超聲波探頭是采用具有聲電效應(yīng)的材料制成的,當(dāng)高于一定溫度時(shí),壓電元件將失去效應(yīng),而不能使用。一般超聲波換能器在-20-80℃工作條件下較合適。另外,由于超聲波測(cè)量物位是基于被測(cè)物料界面上傳遞超聲波的介質(zhì)中聲速C為定值,在實(shí)際應(yīng)用中,介質(zhì)的聲速除決定于介質(zhì)的成分外,還受溫度的影響。隨季節(jié)的變化,環(huán)境溫度變化很大,為保證測(cè)量精度,應(yīng)選擇帶溫度補(bǔ)償超聲波物/液位計(jì)。

    (3)聲速校正物料界面上傳遞聲速的介質(zhì)性質(zhì)和成分影響測(cè)量結(jié)果,為適應(yīng)不同的測(cè)量介質(zhì),HLT系列超聲波物/液位計(jì)內(nèi)部配置了聲速校正系統(tǒng),以校正由于介質(zhì)的成分變化而引起的誤差。

    2.3、換能器的安裝檢測(cè)儀表能否獲得準(zhǔn)確的測(cè)量數(shù)據(jù),不僅與儀表本身的精度有關(guān),而且與儀表的安裝和調(diào)試有關(guān)。正確的安裝除了可以獲得更為準(zhǔn)確的檢測(cè)數(shù)據(jù)外,還可以保證儀表工作穩(wěn)定,維護(hù)方便。超聲波物位檢測(cè)儀在安裝時(shí)要注意以下幾點(diǎn):

    1、 超聲波換能器在其傳送和接收的脈沖之間,有一部分自身不能識(shí)別的盲區(qū),為了測(cè)量可靠,測(cè)量對(duì)象的zui高物位應(yīng)該在盲區(qū)之外;

2超聲波換能器應(yīng)安裝在只能“看見(jiàn)”被測(cè)介質(zhì)表面的地方,使聲波在容器、儲(chǔ)罐和料倉(cāng)中傳送時(shí)不會(huì)遇到擋板、攪拌器、倉(cāng)壁等物體生成干擾,產(chǎn)生測(cè)量誤差;

    3、測(cè)量?jī)?chǔ)倉(cāng)內(nèi)固體料位時(shí),要考慮固體物料在界面上是不平整的,通常在進(jìn)料口的物料高于儲(chǔ)倉(cāng)周邊,因此,換能器應(yīng)安裝在能反映物料平均高度的位置上;

  4、安裝換能器的另一要點(diǎn)是避免零反射。超聲波換能器對(duì)準(zhǔn)罐底或卸料口的斜壁時(shí),超聲脈沖發(fā)射出來(lái),卻收不到回波,檢測(cè)儀就發(fā)出報(bào)警或調(diào)節(jié)到zui大限度,而且,有把干擾回波作為物位回波接收的危險(xiǎn)。解決這一問(wèn)題的有效辦法,就是在液體儲(chǔ)罐底部放一塊小型的反射板或?qū)Q能器安裝在靠近罐中線處。

    5、超聲波換能器和檢測(cè)儀之間應(yīng)采用屏蔽電纜連接,且屏蔽線兩端接地,以避免電噪聲的干擾。

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