超聲波物位計在料位監(jiān)測中的應(yīng)用

溫博 孟召磊 李蟬

【摘 要】超聲波物位計因不受粉塵、噪聲的干擾而在液位測量中得到廣泛應(yīng)用。文章從DF-6221超聲波物位計的工作原理出發(fā)，詳細(xì)敘述其結(jié)構(gòu)性能特點，儀表調(diào)試，探討影響測量的干擾因素及日常故障處理方法等，為相關(guān)工程技術(shù)人員更好的使用和維護(hù)超聲波物位計提供一定的參考。

【關(guān)鍵詞】物位測量 液位計 干擾因素 調(diào)試

1 產(chǎn)品概述

DF-6221 超聲波物位計集超聲、電子、軟件于一身的高科技產(chǎn)品，是液位、料位測量的首選儀器。 該產(chǎn)品是一種智能型非接觸式物位測量儀表。產(chǎn)品具有自動功率調(diào)整，增益控制，溫度補(bǔ)償?shù)墓δ?，采用先進(jìn)的檢測技術(shù)和數(shù)字信號處理技術(shù)，提高儀表的測量精度，對干擾回波有抑制功能，保證測量結(jié)果的可靠性。

DF-6221 超聲波物位計由 CPU 主控單元、人機(jī)界面和超聲波換能器等部分構(gòu)成。

2 工作原理

2.1測量原理

物位測量過程中，超聲波信號由超聲波探頭發(fā)出，經(jīng)液體或固體物料表面反射后折回，由同一探頭接收。超聲換能器在微處理器的控制下，發(fā)射和接收超聲波，并由超聲波在空氣中的傳播時間 t 來計算超聲波換能器與被測物之間的距離 S ，根據(jù)： S = vt/ 2 可計算出 S ，其中 v 為超聲波在空氣中的傳播速度。由于超聲換能器與容器底部的距離 H 是一定的，則被測物的物位h = H ? S 。H ：零面距離；L：量程；h：物位；S：換能器至物料距離；BD：盲區(qū) 聲波在空氣中的傳輸速度受溫度、濕度、壓強(qiáng)等因素的影響，其中對聲速影響最為明顯的就是溫度。

2.2探頭的使用與安裝

探頭是與超聲物位計監(jiān)控器配套進(jìn)行工作的產(chǎn)品。探頭能夠通過發(fā)射機(jī)以脈沖發(fā)射方式將電能轉(zhuǎn)化成聲能。它也能在接收機(jī)工作周期將反射回來的聲能轉(zhuǎn)化成電信號。有效的聲波能量透過探頭表面向外傳播，聲波信號幅度衰減與傳播距離的平方成反比。最大能量沿著發(fā)射軸軸向傳波，發(fā)射軸與垂直于探頭表面的軸線是一致的。這個錐形區(qū)域內(nèi)聲能量只減少一半，通常稱作聲束，聲束基本建立在發(fā)射軸中心上。錐形區(qū)域的直徑測量范圍在角度上定義為波束角。探頭采用阻抗匹配技術(shù)則可以將最大發(fā)射能量發(fā)射到空氣中，反之亦然。

3 超聲波物位計測量影響因素分析

在現(xiàn)場實際運(yùn)用時，會有各種因素對其穩(wěn)定、可靠的測量產(chǎn)生影響，下面我們將結(jié)合實際，講述各種干擾對超聲波物位計選用、使用、安裝的影響。

（1）介質(zhì)及環(huán)境溫度的影響超聲波從物料表面反射時，其反射頻率會受到物料溫度的影響而發(fā)生變化，為了補(bǔ)償這一變化，超聲波探頭內(nèi)裝有溫度傳感器，當(dāng)探頭向處理器發(fā)送反射信號的同時，也把溫度信號送到微處理器，處理器將自動補(bǔ)償由于溫度對料位測量的影響。此外，為了保證探頭的可靠工作，要求環(huán)境溫度不超過60℃。

（2）超聲波物位計測量料位的極限值：1）最高料位當(dāng)一束超聲波脈沖向物料表面?zhèn)魉瓦^程中，若收到從物料表面來的反射波，將無法進(jìn)行測量，這段距離就是盲區(qū)。物料最高料位不得高于盲區(qū)。2）最低料位最低料位也就是使超聲波能到達(dá)的距離傳感器的最遠(yuǎn)距離，并且使反射回波能被傳感器接收。由于超聲波在傳播過程中的衰減以及物料表面對聲波的吸收，這一傳播距離對物料性質(zhì)依賴性很強(qiáng)，對于DU33來說，可測液體范圍為25m，固體范圍為15m?？傊?，只要儀表選型、安裝適當(dāng)，超聲波物位計的應(yīng)用效果還是比較滿意的。

4 設(shè)置與調(diào)試

由于儀表現(xiàn)場安裝環(huán)境的不同，因此，超聲波物位計在工作之前必須所測量的基本情況，不如：測量范圍，零點和滿量程或測量條件等等。因此，在測量之前必須對儀表進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置步驟如下：

（1）進(jìn)入菜單：儀表通電顯示后，長按回車鍵進(jìn)入?yún)?shù)查詢界面，在此界面中，一頁顯示一個參數(shù)，包括參數(shù)號，參數(shù)名稱及參數(shù)數(shù)值，為防止非技術(shù)人員的誤操作影響儀表正常工作，有密碼保護(hù)的參數(shù)在進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置之前需要進(jìn)行密碼驗證。儀表初始密碼為0000.

（2）選擇測量模式：測量模式分物位測量（自零面至目標(biāo)面的距離）和空距測量（自換能器表面至目標(biāo)面的距離）

（3）設(shè)置探頭參數(shù)：設(shè)置參考零點，量程高點，量程低點；

測量低點：液位在這個位置時輸出4mA

測量高點：液位在這個位置時輸出20mA

測量盲區(qū)：自換能器表面起設(shè)置一段空白區(qū)域，建議用戶在使用時不要使物料進(jìn)入這一區(qū)域。

（4）設(shè)置繼電器：帶繼電器工作時進(jìn)入報警設(shè)置選項，繼電器需設(shè)置5個選項，0為關(guān)閉繼電器，1為測量物位上限報警，2為測量物位下限報警，3為溫度報警，5為回波丟失報警。每個繼電器輸出都有一對常開和常閉電，可根據(jù)現(xiàn)場情況選擇接點。

5 超聲波物位計常見問題

5.1瞬時值波動大

解決方法：瞬時值波動大表現(xiàn)為信號強(qiáng)度波動大和本身測量值波動大兩方面。解決方法是調(diào)整好探頭位置，提高信號強(qiáng)度保證信號強(qiáng)度穩(wěn)定，如本身值波動大，則位置不好，重新選點。

5.2開機(jī)無顯示

解決方法：開機(jī)無顯示檢查電源屬性是否與儀表的額定值相對應(yīng)，保險絲是否燒斷，如以上問題不薦在，對建議把儀器發(fā)回原廠由專業(yè)技術(shù)人員檢查。

5.3開機(jī)后儀表僅有背光，無任何字符顯示

解決方法：開機(jī)后儀表僅有背光，無其他任何字符顯示此情況一般為程序芯片失，建議把儀器發(fā)回原廠進(jìn)行處理。

5.4儀表在現(xiàn)場強(qiáng)干擾下無法使用

解決方法：儀表在現(xiàn)場強(qiáng)干擾下無法使用是由于供電電源波動范圍較大，周圍有變頻器或強(qiáng)磁場干擾，接地線不正確。給儀表提供穩(wěn)定的供電電源，儀表安裝遠(yuǎn)離變頻器和強(qiáng)磁場干擾，有良好的接地線。

6 結(jié)語

在實際生產(chǎn)應(yīng)用中全面了解超聲波式物位計性能特點，根據(jù)不同的工況要求，對其正確選用和安裝維護(hù)，可實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)中物料料位時時準(zhǔn)確控制，進(jìn)一步使物料平衡，對于提高生產(chǎn)效率、控制質(zhì)量和安全環(huán)保起到一定作用。

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作者簡介：溫博（1988—） 男，內(nèi)蒙古巴彥淖爾人，技術(shù)員，本科，研究方向：自動化；孟召磊 （1987—）男，內(nèi)蒙古巴彥淖爾人，助理工程師，本科，研究方向：自動化；李蟬（1987—）女，內(nèi)蒙古巴彥淖爾人，大專，研究方向：自動化。