超声波物位计在料位监测中的应用

2015-12-07温博孟召磊李蝉

中国科技纵横 2015年22期

温博孟召磊李蝉

【摘要】超声波物位计因不受粉尘、噪声的干扰而在液位测量中得到广泛应用。文章从DF-6221超声波物位计的工作原理出发，详细叙述其结构性能特点，仪表调试，探讨影响测量的干扰因素及日常故障处理方法等，为相关工程技术人员更好的使用和维护超声波物位计提供一定的参考。

【关键词】物位测量液位计干扰因素调试

1 产品概述

DF-6221 超声波物位计集超声、电子、软件于一身的高科技产品，是液位、料位测量的首选仪器。该产品是一种智能型非接触式物位测量仪表。产品具有自动功率调整，增益控制，温度补偿的功能，采用先进的检测技术和数字信号处理技术，提高仪表的测量精度，对干扰回波有抑制功能，保证测量结果的可靠性。

DF-6221 超声波物位计由 CPU 主控单元、人机界面和超声波换能器等部分构成。

2 工作原理

2.1测量原理

物位测量过程中，超声波信号由超声波探头发出，经液体或固体物料表面反射后折回，由同一探头接收。超声换能器在微处理器的控制下，发射和接收超声波，并由超声波在空气中的传播时间 t 来计算超声波换能器与被测物之间的距离 S ，根据： S = vt/ 2 可计算出 S ，其中 v 为超声波在空气中的传播速度。由于超声换能器与容器底部的距离 H 是一定的，则被测物的物位h = H ? S 。H ：零面距离；L：量程；h：物位；S：换能器至物料距离；BD：盲区声波在空气中的传输速度受温度、湿度、压强等因素的影响，其中对声速影响最为明显的就是温度。

2.2探头的使用与安装

探头是与超声物位计监控器配套进行工作的产品。探头能够通过发射机以脉冲发射方式将电能转化成声能。它也能在接收机工作周期将反射回来的声能转化成电信号。有效的声波能量透过探头表面向外传播，声波信号幅度衰减与传播距离的平方成反比。最大能量沿着发射轴轴向传波，发射轴与垂直于探头表面的轴线是一致的。这个锥形区域內声能量只减少一半，通常称作声束，声束基本建立在发射轴中心上。锥形区域的直径测量范围在角度上定义为波束角。探头采用阻抗匹配技术则可以将最大发射能量发射到空气中，反之亦然。

3 超声波物位计测量影响因素分析

在现场实际运用时，会有各种因素对其稳定、可靠的测量产生影响，下面我们将结合实际，讲述各种干扰对超声波物位计选用、使用、安装的影响。

（1）介质及环境温度的影响超声波从物料表面反射时，其反射频率会受到物料温度的影响而发生变化，为了补偿这一变化，超声波探头内装有温度传感器，当探头向处理器发送反射信号的同时，也把温度信号送到微处理器，处理器将自动补偿由于温度对料位测量的影响。此外，为了保证探头的可靠工作，要求环境温度不超过60℃。

（2）超声波物位计测量料位的极限值：1）最高料位当一束超声波脉冲向物料表面传送过程中，若收到从物料表面来的反射波，将无法进行测量，这段距离就是盲区。物料最高料位不得高于盲区。2）最低料位最低料位也就是使超声波能到达的距离传感器的最远距离，并且使反射回波能被传感器接收。由于超声波在传播过程中的衰减以及物料表面对声波的吸收，这一传播距离对物料性质依赖性很强，对于DU33来说，可测液体范围为25m，固体范围为15m。总之，只要仪表选型、安装适当，超声波物位计的应用效果还是比较满意的。

4 设置与调试

由于仪表现场安装环境的不同，因此，超声波物位计在工作之前必须所测量的基本情况，不如：测量范围，零点和满量程或测量条件等等。因此，在测量之前必须对仪表进行设置，设置步骤如下：

（1）进入菜单：仪表通电显示后，长按回车键进入参数查询界面，在此界面中，一页显示一个参数，包括参数号，参数名称及参数数值，为防止非技术人员的误操作影响仪表正常工作，有密码保护的参数在进入参数设置之前需要进行密码验证。仪表初始密码为0000.

（2）选择测量模式：测量模式分物位测量（自零面至目标面的距离）和空距测量（自换能器表面至目标面的距离）

（3）设置探头参数：设置参考零点，量程高点，量程低点；

测量低点：液位在这个位置时输出4mA

测量高点：液位在这个位置时输出20mA

测量盲区：自换能器表面起设置一段空白区域，建议用户在使用时不要使物料进入这一区域。

（4）设置继电器：带继电器工作时进入报警设置选项，继电器需设置5个选项，0为关闭继电器，1为测量物位上限报警，2为测量物位下限报警，3为温度报警，5为回波丢失报警。每个继电器输出都有一对常开和常闭电，可根据现场情况选择接点。

5 超声波物位计常见问题

5.1瞬时值波动大

解决方法：瞬时值波动大表现为信号强度波动大和本身测量值波动大两方面。解决方法是调整好探头位置，提高信号强度保证信号强度稳定，如本身值波动大，则位置不好，重新选点。