超声波液位计原理解析

时间：2019-05-26

传感器发出的超声波碰到被测介质被反射，反射回波的质量反映了物位计应用效果。回波质量定义为小回波幅度(在恶劣条件下回波幅度)比大噪声幅度(虚假回波、多径反射回波等的幅度)。回波质量数值越大，物位计应用效果越好。
　　超声波物位计工作频率及测量性能：传感器高频(40-70KHz)工作时，传感器的尺寸小，盲区小，方向性好，精度高，但其声波衰减，传播介质(空气)波动时穿透性差，测距较小。传感器低频(10-20KHz)工作时，传感器尺寸大，盲区大，方向性不好，精度低，其优势是声波衰减慢，传播介质(空气)波动时穿透性较好，测距稍远。
　　超声波的回波强度主要受以下两个因素影响：

　　1.传播介质越稳定越有利于传播。

　　超声波是机械波。机械波在传播过程中会受到传播介质稳定程度的影响。例如：有一池塘水，当风平浪静时， 往池塘中扔一石子就可看到水波纹，当大风使池塘水起波浪时，往池塘中扔很大的石头都难看到水波纹。引起空气波动因素很多，如：粉尘，气浪，蒸汽，料流等都会引起空气波动，降低回波质量，影响测量效果。当粉尘，气浪等现象严重时，建议用低频超声波物位计来测量。

　　2.被测介质表面越平整，声阻抗越大(越硬)越有利于反射回波。

　　在固体测量时，被测表面都是不平的，有一定的安息角。在这种条件下的反射波是漫反射波。由于反射与波长有关，当反射面的线度可与波长相比时或更大时，才能发生反射。显然，工作频率越高，其波长越小，对于较小的物料，更易于发生漫反射。例如，频率为10KHz的机械波在空气中的波长是34mm，大多数情况下，物料的线度都不会有这么大。此外，低频工作时，发射波的开角大，回波就会很宽。这时测得的数据也就不准了，有时会差几百毫米甚至1米或更多。因此，测量颗粒较小的固体料位，建议使用高频超声波物位计。
　　综上述，考虑现场工况时，应特别注意两个方面：换能器到被测介质间的空气状态和被测介质的表面状态。
　　超声波物位计的选择：

　　1.换能器

　　生产商给出的大量程一般是在实验室条件下才能达到。实际应用时，选择量程时，要留有余量。应确保测量距离为仪表大量程的0.3-0.5倍。好有应用案例。

　　2.控制表

　　应选择有回波显示功能的控制表。由于物位测量工况的不确定性，物位计的工作性能仅用数字表示是不够的。回波显示是将换能器到被测介质之间全过程的回波显示出来。盲区附近的波形状况，真实回波、虚假回波以及杂散噪声的幅度、宽度以及信噪比等有关测量性能的因素通过回波曲线的形式全面反映出来，使用户做到一目了然，心中有数。
　　 一台好的超声波物位计应具备的性能：频率高、发射波开角小(方向性好)，换能器谐振好(盲区小)，换能器要起振，刹车，谐振频率准。全量程回波处理动态范围大(100-120dB)，回波图形显示。在多虚假回波的工况下，回波波形不断变化时，物位计应能准确地捕获真实回波。因此，物位计的回波　　处理软件应具有良好的算法(是一种物位测量应用经验积累的总和)。
超声波物位计目前市场价值：由于雷达技术的普及和发展以及雷达的技术特点，在物位测量中，超声波物位计有被雷达物位计取代的趋势。综合性价比分析，在液位测量方面，超声波物位计还有市场。

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