热工报告-超声波物位计

1、它们，价格相对昂贵，却能不必接触工业介质就能满足大部分物位测量要求，从而彻底地解决了压力式、电容式、浮子式等传统测量方式带来的缠绕、堵塞、泄露、介质腐蚀、维护不便等缺点它们，受温度，密度，压力，浓度等因素影响却不被光线，介质黏度，湿度，介电常数，电导率，热导率限制，活跃于有毒，腐蚀性，高黏度及密闭容器等特殊场所超声波物位计超声波物位计连续测量物位连续测量物位超声波物位计超声波物位计物位是否达到预定高度物位是否达到预定高度固介式超声波液位仪1.11.1超声波超声波和和超声波传感器超声波传感器超声波是一种在弹性介质中的机械振荡，有两种形式：横向振荡（横波）及纵向振荡（纵波）。在工业中应用主要采用纵

2、向振荡超声波超声波可以在气体、液体及固体中传播，其传播速度不同。可以在气体、液体及固体中传播，其传播速度不同。另外，它也有折射和反射现象，并且在传播过程中有另外，它也有折射和反射现象，并且在传播过程中有衰减。衰减。利用超声波的特性，可做成各种超声传感器，配上不同的电路，制成各种超声测量仪器及装置，并在通迅，医疗家电等各方面得到广泛应用。1.21.2超声波超声波和超声波传感器和超声波传感器超声波传感器主要材料有（电致伸缩）及镍铁铝合金（磁致伸缩）两类。电致伸缩的材料有锆钛酸铅（PZT）等。压电晶体组成的超声波传感器是一种，它可以将电能转变成机械振荡而产生超声波，同时它接收到超声波时，也能转变成电

3、能，所以它可以分成或。接收器：具有压电效应性质的晶体受到压缩或伸拉时在其受力面上就会产生数量相等而符号相反的电荷发送器：在晶体两侧加以一定频率的高频电压，晶体薄片就能准确而迅速地随着交变电场频率而周期性地改变其厚度（压缩与伸展）。由此形成超声振动，向周围介质传播。1.3各种超声波探头常用频率范围：常用频率范围：0.50.510MHz10MHz，常见常见晶片直径：晶片直径：5 530mm30mm保护膜保护膜 外壳用金属制外壳用金属制作，保护膜用硬度作，保护膜用硬度很高的耐磨材料制很高的耐磨材料制作，防止压电晶片作，防止压电晶片磨损。磨损。 接插件接插件浮臂式与固定式相比，因摆浮臂式与固定式相比，

4、因摆杆倾斜，所测声速是上下层杆倾斜，所测声速是上下层声速的平均值，更有利于减声速的平均值，更有利于减小因上下温度不同造成密度小因上下温度不同造成密度不同而产生的测量误差。不同而产生的测量误差。测量误差不加校正测量误差不加校正工具时为工具时为1%，加校，加校正工具后可达正工具后可达0.1%声速校正声速校正多反射板式声速校正具单反射板式声速校正具等距排列，回波曲线呈现若干小脉冲，最后出现的大脉冲就是由液面漫反射造成的。工作原理实质是回波测距原理，又称脉冲回波法，声呐法优点优点(P354)1 利用气体导声，不必和液体接触， 便于防腐蚀和渗漏2 使用维护方便3 测量对象广实际使用实际使用中中，情况比较

5、复杂，目前都采用回波曲线数字化等方法进行回波处理与识别。影响因素举例：1泡沫，蒸汽，烟雾的影响泡沫，蒸汽，烟雾的影响2安息角安息角的影响3盲区盲区范围内无法使用工作原理-由于气体对压电陶瓷前面的不锈钢辐射面振动的阻尼小阻尼小.压电陶瓷振幅较大，足够大的正反馈正反馈使放大器处于振荡状态。当不锈钢辐射面和液体接触时.由于液体的阻尼较大阻尼较大，压电陶瓷Q值降低，反馈量减小反馈量减小，导致振荡停止，消耗电流增大。根据换能器消耗电流的大小判断被测液位是否上升到辐射面高度。控制器根据所测信号触发继电器动作，发出相应控制信号。特点分析1 声阻式超声液位开关结构简单、使用方便。换能器上有螺纹，使用时可从容器

6、顶部将换能器安装在预定高度即可。2它适用于化工、石油和食品等工业中的各种液面测量，也用于检测管道中有无液体存在。3声阻式超声液位开关的工作频率约为40kHz，重复性可达 1mm。 由于测量黏滞液体时，会有部分液体枯附在换能器上，不随液面下降而消失，因而容易产生误动作，所以声阻式超声液位开关不适用于黏滞液体。同时也不适用于测量溶有气体的液体。这是因为气泡易附在换能器上而形成辐射面上的一层空气隙，从而减小了液体对换能器的阻尼，并导致误动作。工作原理利用超声换能器在液体中和气体中发射系数的显著差别来判断被测液面是否达到换能器安装高度。 当间隙内充满液体时.由于固体与液体的声阻抗接近，超声波穿透时界面

7、损耗较小，超声波能透过液体被接收换能器所接收。这样从发射到接收，放大器由于声反馈而连续振荡。当间隙内是气体时，由于固体与气体声阻抗差别极大，在固一气相界面上超声波大部分被反射.接收换能器所接收到的声能太少.所以声反馈中断，振荡停止。因此可根据放大器振荡与否来判断换能器间隙是空气还是液体，从而判断液面是否到达预定高度。特点分析 该液位开关结构简单，不受被测介质物理性质的影响，工作安全可靠。由于在探头部分具有缝隙.故又被称为窄缝式超声液位开关。它既可自容器侧壁横向插人，又可自顶部竖向插入，只要窄缝处于所控制的液位高度上即可。工作原理 1发射换能器中压电陶瓷和放大器接成正反馈振荡回路，振荡在发射换能

8、器的谐振频率上。接收换能器同发射换能器采用相同的结构。2使用时将两换能器相对安装在预定高度的一直线上，使其声路保持畅通。3当被测料位升高遮断声路时，接收换能器收不到超声波，控制器内继电器动作，发出相应的控制信号。特点分析1由于超声波在空气中传播，故频率选择得较低(20-40kHz)。2这种料位计适用于粉状、颗粒状、块状或其他固体料位的极限位置报瞥，还可用于密度小、介电常数小，电容式物位计难以测址的塑料粉末、羽毛等的物位测量。3它具有结构简单、安全可靠，不受被测介质物理性质的影响，适用范围广等优点。超声波物位测量仪表的超声波物位测量仪表的特性分析特性分析（P356P356）优点缺点领域优势问题：

9、1、单探头号还是双探头好？2、是否能够实现连续测量和定点物位测量的统一？3、安息角和哪些因素有关，这些因素是如何造成影 响的？4、如何解决盲区?盲区、盲区、测量盲区测量盲区由于在硬件布置上发射探头与接受探头相邻，所以发射探头发出的超声波会第一个到达接收探头。是接受探头检测到信号，但这一信号不是反射信号，即误信号。而这一信号一旦被检测到就会被接收电路处理而产生出发单片机的中断信号，继而单片机对此做出响应，但这不是真正要测得值，属于误操作。所以我们要在发出脉冲后演示一段时间才允许单片机接受中断信号。这样，在延时这段时间里超声波所能走过的距离是不能被检测的，这就是产品的测量盲区。返回安息角安息角 散

10、料在堆放时能够保持自然稳定状态的最大角度（单边对地面的角度），称为“安息角”。 在这个角度形成后，再往上堆加这种散料，就会自然溜下，保持这个角度，只会增高，同时加大底面积。在土堆、煤堆、粮食的堆放中，经常可以看见这种现象，不同种类的散料安息角各不相同。 粒子安息角又称粉尘静止角或堆积角。粉尘粒子通过小孔连续地落到水平板上时堆积成的锥体母线与水平面的夹角。许多粉尘安息角的平均值约为35到40，与粉尘种类、粒径、形状和含水率等因素有关。同一种粉尘，粒径愈小，安息角愈大；表面愈光滑或愈接近球形的粒子，安息较愈小；粉尘含水率愈大，安息角愈大。粉尘安息角是粉尘的动力特性之一，是设计除尘设备（如贮灰斗的锥

11、体）和管（倾斜角）的主要依据。 安息角安息角粉体安息角 的测量工具返回气介式超声波物位计 超声波探头中的压电陶瓷芯片返回1. 1. 泡沫泡沫给超声波所带来的问题是泡沫是反射不充分的表面，它会 吸收一部分或是全部的声波脉冲能量，减少了或是完全消除了回波信 号。有两个方法解决这个问题，功率和隔离。 第一个方法是，选择两倍于实际量程高度的传感器（比如测量测量一 个3米的罐，选择至少6米量程的传感器），这种方法只有在泡沫较轻时推荐使用.，在其他种类的泡沫时，传感器需要用一个标准管安装来和泡沫进行隔离。.在这种方法中，可以选择匹配所测罐高度的传感器。 2.2.蒸汽蒸汽是很难捉摸和量化的，并且在温度的变化下将加剧。蒸汽对于超声波的影响是蒸汽会吸收超声波脉冲的能量，因而减少传感器标准测量距离。 如果蒸汽密度大，很集中，甚至会导致超声波的传播速度变化，也就是传播时间将变化。