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超声波液位计原理- -不仅可以测量液体呦~

来源: 电子产品世界
2020-10-12
类别:基础知识
eye 17
文章创建人 拍明

原标题:超声波液位计原理- -不仅可以测量液体呦~

超声波液位计是一种基于超声波传播特性来测量物位的仪表,其应用场景广泛,不仅能测量液体液位,还可用于测量固体颗粒、粉末等物料的料位。以下从其核心原理、系统组成、工作流程、特点及典型应用等方面展开介绍:

核心原理

超声波液位计利用超声波在空气或其他介质中的传播特性进行测量。超声波是一种频率高于 20000Hz 的声波,它具有方向性好、能量集中、在介质中传播速度相对稳定等特点。

超声波液位计通过发射超声波脉冲,这些脉冲以一定的速度向被测介质表面传播,当遇到介质表面时,超声波会发生反射,反射波被同一探头接收。通过测量超声波从发射到接收所用的时间,再结合超声波在介质中的传播速度,就可以计算出探头到介质表面的距离,进而得到液位或料位的高度。

其基本计算公式为:,其中  为探头到介质表面的距离, 为超声波在介质中的传播速度, 为超声波从发射到接收所用的时间。

系统组成

  • 超声波换能器(探头):是超声波液位计的核心部件,具有发射和接收超声波的功能。它通常由压电陶瓷等压电材料制成,在电信号的作用下能够产生机械振动,从而发射超声波;同时,当接收到反射回来的超声波时,又能将机械振动转换为电信号。

  • 电子单元:包括发射电路、接收电路、信号处理电路、显示单元和电源等部分。发射电路用于产生高频电脉冲,激励换能器发射超声波;接收电路负责接收换能器转换回来的微弱电信号,并进行放大、滤波等处理;信号处理电路对处理后的信号进行分析和计算,得出测量结果;显示单元将测量结果以数字或图形的形式显示出来;电源则为整个电子单元提供工作电能。

  • 安装支架和防护外壳:安装支架用于将超声波液位计固定在合适的位置,确保探头与被测介质表面保持一定的角度和距离。防护外壳则起到保护电子单元和换能器的作用,防止其受到外界环境的影响,如灰尘、水分、腐蚀性气体等。

工作流程

  1. 发射超声波:电子单元中的发射电路产生高频电脉冲,施加到超声波换能器上,换能器将电信号转换为机械振动,向被测介质表面发射超声波脉冲。

  2. 超声波传播与反射:超声波脉冲在空气中以一定的速度向介质表面传播,当遇到介质表面时,部分超声波能量被反射回来。

  3. 接收反射波:反射回来的超声波作用于换能器上,换能器将机械振动再次转换为电信号。接收电路接收到这个微弱的电信号后,对其进行放大、滤波等处理,以提高信号的质量和信噪比。

  4. 信号处理与计算:信号处理电路对处理后的电信号进行分析,测量超声波从发射到接收所用的时间 。根据已知的超声波在空气中的传播速度 (在标准大气压和常温下,超声波在空气中的传播速度约为 340m/s,但实际测量中会根据环境温度等因素进行修正),利用公式  计算出探头到介质表面的距离 

  5. 显示与输出结果:测量结果  被送到显示单元进行显示,同时还可以通过模拟量输出(如 4 - 20mA 电流信号)或数字量输出(如 RS485 通信接口)将测量结果传输到其他控制系统或监控设备中。

特点

  • 非接触式测量:超声波液位计与被测介质不直接接触,避免了因介质腐蚀、粘附等问题对测量仪表造成的损坏,同时也适用于一些高温、高压、有毒、易燃易爆等恶劣环境下的测量。

  • 安装方便:其安装过程相对简单,不需要对容器进行开孔等改造,只需将探头安装在合适的位置即可。而且,可以根据实际测量需求,灵活调整探头的安装角度和高度。

  • 测量范围广:可测量不同高度的液位或料位,测量范围从几十厘米到几十米不等,能够满足各种工业场合的需求。

  • 适应性强:对被测介质的物理和化学性质要求较低,不仅可以测量各种液体,还可以测量固体颗粒、粉末等物料。同时,它对介质的颜色、透明度、密度等变化不敏感。

  • 可实时监测:能够实时、连续地测量物位,并将测量结果及时显示和输出,方便操作人员及时了解被测介质的变化情况。


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典型应用

  • 水处理行业:用于测量水池、水箱、水塔中的水位,如污水处理厂的调节池、沉淀池,自来水厂的清水池等,实现对水位的实时监测和控制,保证水处理过程的正常运行。

  • 化工行业:在化工生产中,用于测量各种化工原料和产品的液位,如酸、碱、盐溶液,有机溶剂,石油产品等。由于其非接触式测量的特点,可避免与腐蚀性、有毒性的化工介质直接接触,提高了测量的安全性和可靠性。

  • 食品和制药行业:用于测量食品和药品生产过程中的物料液位,如发酵罐、储液罐、反应釜中的液体物料,以及原料仓库中的颗粒状或粉末状物料。超声波液位计符合卫生标准,易于清洗,能够满足食品和制药行业对生产环境的高要求。

  • 电力行业:在火力发电厂中,用于测量锅炉汽包水位、除氧器水位、凝汽器水位等重要参数。准确测量这些水位对于保证锅炉的安全运行和提高发电效率至关重要。

  • 仓储物流行业:用于测量仓库中各种物料(如粮食、煤炭、矿石等)的料位高度,实现对库存的实时监控和管理,提高仓储管理的效率和准确性。


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标签: 超声波液位计

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