YDZ-YL9系列超声波水位计

1、YDZ-YL9系列超声波水位计用 户 操 作 说 明 书(使用前请仔细阅读该说明书)© Copyright 2011 by JIANGHAN All rights reserved南 京 江 瀚 信 息 工 程 有 限 公 司Nanjing Jianghan Information Engineering Co.,Ltd.地址:江苏省南京市定淮门大街11号 商会大厦A-901电话传真: 025-8622020424小时服务电话-mAil:njsdx9208Http:/一、概 述YDZ-YL9系列超声波遥测水位计为气介式超声波水位计

2、，由微机控制的数字式智能型液位/物位测量仪表。它应用回声原理，测量江、河、湖、库或油罐内自由表面的液体高度或固体散装物料的高度, 是非接触型测量仪表。仪表的探头、处理器和显示器集成一体化，结构紧凑，安装方便。本仪表内设操作键盘，现场LED显示，操作简单, 不会发生误操作。具有RS-485串行码输出和420mA电流信号输出, 可与其它控制系统连接, 实现液位测量的远程传输和自动控制等功能。可设置高、低位报警值，可输出高、低位报警信号，并按要求配置成音响报警或继电器触点输出。仪表精度在环境温度25率定，仪器内配置温度修正装置, 使仪表在较大温度范围内都保持同样的精度。本仪表在无爆炸性粉尘和气体的环

3、境中使用，用于液体液位测量，固体如煤、矿石、石粉、水泥、砂、糖、盐、谷物、面粉、食品、塑料颗粒等物位测量，可用于有防腐要求的各种环境。二、超声波的特性超声波是一种人耳无法听到的、频率一般超过20kHz的声音。超声波的基本特性如下所述：1、波长与辐射波的传播速度是用频率乘以波长来表示。电磁波的传播速度是3×108m/s，而声波在空气中的传播速度很慢，约为344m/s (20时)。在这种比较低的传播速度下，波长很短，这就意味着可以获得较高的距离和方向分辨率。正是由于这种较高的分辨率特性，才使我们有可能在进行测量时获得很高的精确度。超声波设备的外表面尺寸易于获得精确的辐射。2、反射要探测某

4、个物体是否存在，超声波就能够在该物体上得到反射。由于金属、木材、混凝土、玻璃、橡胶和纸等可以反射近乎100的超声波，因此我们可以很容易地发现这些物体。由于布、棉花、绒毛等可以吸收超声波，因此很难利用超声波探测到它们。同时，由于不规则反射，通常可能很难探测到表面振动幅度很大的物体。3、温度效应声波传播的速度C可以用下列公式表示。C=331.5+0.607t (m/s)式中，t=温度()也就是说，声音传播速度随周围温度的变化而有所不同。因此，要精确的测量与某个物体之间的距离时，始终检查周围温度是十分必要的。4、衰减传播到空气中的超声波强度随距离的变化成指数比例地减弱，这是因为衍射现象所导致的在球形

5、表面上的扩散损失，也是因为介质吸收能量产生的吸收损失。如图1所示，超声波的频率越高，衰减率就越高，波的传播距离也就越短。图1不同频率声压在距离上的衰减特性三、特点及主要技术性能YDZ-YL912超声波遥测水位计采用数字化信号处理技术，使其精度提高至0.15%，死区变小，声束角变窄，同时开发的数字抗干扰技术，使产品在使用过程中穿透蒸汽及过滤障碍物的能力都有所提高，并在信号丢失的情况下，能显示故障报警。 功能特点：脉冲功率驱动电路，可发射等幅超声波，转换效率高；采用TGC电路自调整增益，保证量程范围内精度恒定；数字式层面反射波记忆，造就高精度和高重复性；采用数字化信号处理技术，使其精度提高至0.1

6、5%；具有液位、距离互换功能，电流输出零点、满度校正功能；自适应具有波浪、比降性质水面，取采样时间内的平均值输出滤波水位；有掉电保护功能，突然掉电后参数信息不会丢失；测量周期在160min可根据实际情况的需要来进行设定，主动输出信息，具备RTU功能，可直接连接通信电台或GPRS DTU模块；内置自动温度补偿，在空气中整个量程范围内无精度下降； 5°声束发射角，能量集中；LED液位、485网络地址、温度、通信波特率显示，当前测量状态指示；设置上下限报警值，场效应管开漏输出，外接蜂鸣器，进行上下限报警；多种信号输出(420mA可选、RS485、RS232、高低报警输出)，方便用户选择使用

7、；德国威图外壳，防腐处理，防腐处理，外壳防护IP68等级；设备小巧，便于安装；技术指标：型 号：906、912、925、950四种型号，对应下述四种量程测量范围：0.88m、15m、30m、60m四种量程（实际反射面良好）精 度：空气中满量程±0.15，或±23cm分 辨 力： 1mm 或1cm 可设置初始化时间：3040s频 率：20kHz75kHz盲区距离：0.80m声 束 角： 5°显示单位：mm/cm可选电源电压：1016VDC功 耗：测量模式小于50mA(LED不亮时)，小于60mA(LED亮时) 值守模式电流小于1mA；全速运行同上最大环路阻抗：500

8、（420mA方式）信号输出：标配RS485信号或RS232，420mA/204 mA （可选）报警输出：场效应管开漏输出(DC12V/500mA)传输距离：1000m失效诊断：无信号，输出65535(485输出) 或0mA(4-20mA输出)温度范围：-45-+80（扩展的工业品温度范围），95%RH温度补偿：在全量程内自动温度补偿平均平均无故障时间：10000小时防水级别：IP65外壳材料：铸铝+ABS重 量：700g四、结构和原理简介YDZ-YL9系列超声波遥测水位计安装在被测量对象的上方，使用屏蔽电缆连接到测控二次仪表，将采集的液位信号远传到中心控制室；超声波遥测水位计的继电器信号可以控

9、制报警声音或其它设备的工作状态。1、结构YDZ-YL9系列超声波遥测水位计的外型结构见图2。 表1 接口电缆色谱定义序号颜色功能1绿开关量输入2白越限报警输出3红输入电源+DC12V4黑公共端、地线5黄标准485A/232Rx6蓝标准485B/232Tx7灰控制输出+DC12V或420mA电流输出图2 YDZ-YL9系列超声波遥测水位计的外观及尺寸2、工作原理图3所示为测量距离的工作原理，被称做“脉冲反射法”，可以统计参考脉冲的数量。本方法用于测量超声波发送脉冲和物体之间、接收脉冲和物体之间的反射时间。对于距物体L的距离与发射时间T之间的关系，用下列公式表示：L=C·T/2式中，C为

10、声音传播速度。即，通过测量到达物体的反射时间，可以确定与物体之间的距离。图3 超声波测量距离的工作原理3、换能器换能器按照回声原理工作。微机系统输出宽度为6us、中心频率为20kHz的电脉冲信号, 经功率放大, 驱动声发射装置, 发出声脉冲波束。同时微机系统控制放大器增益,令其随时间由低到高改变。声脉冲波束射向水体表面, 反射回换能器, 被声波接收装置转换为电信号, 进入变增益接收放大器, 经抗干扰处理, 最后返回微处理系统。4、处理器微机系统根据声在空气中传播的时间和速度, 计算出液面和探头间的距离, 并将它转换成编码数据码, 送串行码驱动器, 变成RS-485串行信号输出，同时转换为4-2

11、0mA标准信号输出。此两信号可经电缆传输到1000m外的二次仪表上。变增益接收放大器的作用是使得在不同距离上反射回来的, 幅度差别很大的回波信号,在输出端得到相近幅度电信号。不但有效的抑制了进料口、仓壁、管壁等近距离干扰, 并且便于后面的数字抗干扰处理。微机系统进一步用软件对数据进行抗干扰处理, 并根据多次测量的结果来判定仓库内料位变化的速度, 自动选择测量的时间间隔, 随时调整测量的频度。微机把移动速度大于0.3m/sec的物体当作干扰物, 给予排除。如果液位变化接近此速度, 则本仪表不适用。传感器内置温度传感器, 使仪表在-45-+80°C环境温度范围内, 保持0.15%的精度。

12、5、界面操作1）七段数码管显示显示器面板配有6位七段LED显示，前两位为功能代码，后四位为具体显示内容。给传感器上电后直接进入运行状态，数码管显示实时测量信息。按“数据”键依次显示各项信息，在此状态下“右移”键无效。代码功能意义参考范围MODBUS寄存器号01测量距离值或物位值最小值最大值00 只读02传感器485节点地址125503传感器环境温度-408001 只读04静态噪声水平正常=005干扰回波水平0500 最优=002 只读06发射信号强度14095 03 只读07当前设置的通信波特率1503840008电源电压1016V04只读09累计开关量0-9999 200 读/写10数码管掉

13、电表2 设置参数功能代码含义表距离：为超声波探头到反射面的直线距离。设定物位时为假定基面以上的水深，物位=设定的最大测距-实际测量的距离+物位基值；静态噪声水平：指仪器在当前环境下测量到的环境噪声，过于嘈杂的工作环境会不利于超声波的信号识别，此值应等于0，以便仪器可靠工作，当现场噪声过大时必须降低内部放大器的增益，相应地传感器的量程也会降低。必须在厂方技术人员的指导下，调节传感器内部放大器的增益。干扰回波水平：指仪器在当前环境下测量到的干扰回波，声程内的干扰反射物会不利于超声波的信号识别，此值应等于0，以便仪器可靠工作，当现场干扰过大时必须改善安装条件，使整个声程内没有障碍物。发射信号强度：为

14、将超声波的发射信号强度调整到最优状态，分为14095档位，发射信号强度随着测量距离的增大而增大，当目标回波稳定时，发射强度的档位值变化很小。上电时数码管处于关闭状态。按键触发控制上电显示。进入10功能代码时，数码管掉电，按“数据”键，数码管上电。作为遥测水位计时，数码管上电后20秒内无按键动作，数码管将自动掉电，处于省电工作状态。2）发光二极管显示发光二极管有三种显示状态：当二极管间隔1S快速闪烁时，指示正在进行发射、接收电路的增益调整，当二极管间隔3S闪烁时，指示正在进行数据测量，已有数据输出；当二极管间隔5S闪烁时，进入“锁定”状态，此时超声波的发射强度调整到最优状态，锁定在一个增益范围，

15、增益在这个范围内自动微量调整。五、安 装探头外形尺寸如2所示。安装方式与安装位置的地形有关，不同地形采用不同的安装方法。1、安装方式超声波水位传感器的最大优点是安装简单，不需要建造水井。在岸上立一根电杆，水平方向支一根36米长的横臂，横臂为镀锌钢管，直径5060mm，斜拉管焊点位于横臂的三分之二处，横臂前端固定超声波保护箱，见图4。图4 超声波水位计水位测量安装方法2、超声波探头保护箱超声波探头不能露天安装，必须安装在遮阳通风的仪器保护箱内。箱体为边长250mm的无底正方体，底部向上100mm处有U形隔板，U形隔板中心开直径为80mm的孔安装超声波探头，通过U形隔板两侧的孔（焊4个6mm螺帽）

16、与箱体连接。箱体上下四侧开32个6mm对流通风孔。顶部焊接200mm长50mm管与支架横杆连接，两个压顶螺丝防止箱体活动。图5 超声波探头保护箱3、反射面积超声波探头以圆锥的形式向下发射超声波，对反射面的尺寸要求见表3。图6 探头安装锥体示意图 表3 测量距离与反射面半径对照表距离D(m)半径R(m)面积A(m2)10.18 0.10 20.35 0.39 30.53 0.88 40.70 1.56 50.88 2.44 61.06 3.51 71.23 4.78 81.41 6.24 91.59 7.90 101.76 9.75 111.94 11.80 122.11 14.04 132.2

17、9 16.48 142.47 19.11 152.64 21.94 4、电缆连接超声波水位计与采集设备（或通信设备）之间用屏蔽电缆连接,其颜色定义和功能见表4。可用万用表监测电缆的电气特性，万用表电阻挡, 检查电缆线序焊接是否准确:黑表笔接地（4脚） 1-4、2-4为继电器常开触点，电阻为无穷大; 3-4为电源正负极，电阻约在1K以上；5-4、6-4电阻约在12K以上; 7-4约在500左右（选420mA输出时）。检查无误后再接入采集终端或通信设备。5、安装注意事项1）传感器和最高液(物)位之间距离应大于盲区（安置高度液(物)位最高高度+盲区），同时要保证传感器轴线应垂直于被测液(物)体。2）

18、在固定过程中必要时可加橡胶垫圈，同时尽可能远离噪声源。3）因传感器发射波夹角的存在，安装时应与河岸、器壁保持一定的距离，参考表3。4）超声波探头应垂直于被测物理表面，要求反射面的面积参考表3。5）超声波水位计应该安装在边长大于250mm的通风保护箱内，不能暴露安装在阳光下,否则将增大测量误差。6）当超声波水位计与上位机通信连接时，超声波水位计的屏蔽线与上位机的参考地线必须连接可靠。7）本仪器可以持续加电运行，但连续访问读数间隔应大于1分钟，否则微处理器没有时间测量或者会影响测量值的精度，与PLC连接时需要考虑这一点。六、操作设置1、看门狗检查超声波上电前，按住“数据”键，再给超声波上电，看到数

19、码管全亮，立即释放按键，2秒后若数码管熄灭，则看门狗正常监控了程序的运行，若数码管全亮不灭，说明内部看门狗没有起到监控作用！2、唤醒运行如果作为遥测水位计使用且正处于值守状态，按“数据”键可以立即唤醒测量，并且显示当前值，通信接口处于接收状态，可对其进行参数修改设置。3、现地按键参数设置按住左边“右移”键，再给超声波上电，此时进入到参数设置状态。按【数据】键选择待修改的功能代码，“右移”键选择需要修改的位置，光标位于LED右4位，按【数据】键修改参数值。修改完成后，按住“右移”键的同时点击“数字”键后放开，保存修改的参数值，并退出运行。每个参数的修改由6位七段数码管组成，前两位为功能代码，后四

20、位为具体显示内容。具体含义如下：表4 参数定义表功能代码功能意义设置范围出厂设置MODBUS寄存器号0报警上限09999 cm9999100 读/写1报警下限09999 cm 0101 读/写24mA距离09999 cm80102 读/写320mA距离09999 cm 1500103 读/写4本机地址12551104 读/写5采样周期09999分0105 读/写6输出单位0-mm，1-cm1106 读/写7误差范围210 cm2107 读/写8波 特 率150384006-9600108 读/写9距离修正-999999 mm 修正值109 读/写10输出信息0-物位，1-距离0110 读/写1

21、1水位基值-999999 cm 0111 读/写12平均次数864次16112 读/写13最大浪高205020113 读/写14水位发报阈值01001114 读/写报警上限：测量读数超过此限度后,输出接口白线输出电源电压；同理报警下限是指测量读数低于此限度后输出接口白线输出电源电压。4mA距离与20mA距离：当超声波水位计采用420mA信号作为传感器的输出方式时，4mA代表测量范围的最小值，20mA代表测量范围的最大值。根据用户需要，也可设4mA代表测量范围的最大值，20mA代表测量范围的最小值，系统默认设置为4mA代表测量范围的最小值。设定的最小值应大于盲区，若设定值小于盲区，系统默认为盲区

22、，最大量程应小于仪器量程，若设定值大于仪器量程，系统默认为最大测量距离。本机地址：本仪器在RS485网络中的地址编号，出厂默认值为1，根据安装现场组网需要设置成1255的值；作为遥测水位计使用时，本机地址参数的含义为测站站号。采样周期：本仪器作为遥测水位计使用时，自动测量水位的时间间隔，当测量结果与上次发报的数据进行比较超过水位发报阈值时，立即启动通信设备，向中心站发送测量结果，报文的数据格式为：E9 E9 地址 00 00 00 00 00 04 00 00 02 00 00 数据1H 数据1L 数据2H 数据2L 数据3H 数据3L 数据4H 数据4L CRCH CRCL数据1H*256

23、+ 数据1L=测量的结果（物位或距离）数据2H*256 + 数据2L=当前的温度（摄氏度*10）CRCH*256+CRCL = CRC;(检错码，此CRC码与MODBUS的CRC算法有所不同，如需要可向本公司技术部索取)本仪器作为水位传感器使用时，采样周期应设为0000分，上位机控制水位计加电后立即进行测量，数据测量完毕不主动向外发送，等待上位机发送查询命令，水位计立即回复当前的测量值，查询命令协议有2种：简单协议：上位机询问命令格式：31H、13H、PORT、Sum，PORT表示485地址号，Sum=31H + 13H + PORT；本仪表应答格式31H、13H、PORT、数据高字节，数据低

24、字节，数据高字节异或数据低字节（校验字节）。MODBUS协议：本仪器作为水位计使用时也支持较为通用的MODBUS读命令来查询数据，支持一个数据的MODBUS读（03）、写命令（06），实现与通用的PLC进行上位机相连。设超声波地址为1，上位机MODBUS 485通信协议查询超声波数据的命令为：01 03 00 00 00 01 84 0A(上位机发送01-地址03-读命令 00 00-起始地址 00 01-水位数量 84 0A-CRC码)。采样周期：设为大于0的数据时，则表示将仪器设为遥测水位计，连接了通信模块，作为独立的水位遥测站使用。遥测水位计平时处于低功耗省电值守状态，按此参数设置的采样

25、周期来唤醒超声波探头工作，采集水位数据，与上次发报值进行比较，超过水位发送阈值则启动通信设备发送。输出单位：测量数据的分辨率，可选择毫米和厘米两种输出单位。当测量数据大于10米时，由于数码管位数限制，选择毫米为输出单位时，最高位不予显示，但输出数据无影响。波特率：出厂设置为9600bit/s，用户可依据通信方式设置不同的波特率。波特率150，300，600，1200，2400，4800，9600，19200，38400分别用数字0，1，2，3，4，5，6，7，8表示。距离修正：传感器出厂率定时，消除各种综合系统误差所作的差异修正；距离修正参数若要设置一个负数，则要先使这个参数不为0，再在数据前

26、设置负号，因为0没有正负之分。输出信息：可选择物位(水位)或距离，距离为超声波探头到被测物理表面的直线距离；物位为仪器设定的“最大测距”减去测量距离后加上基值。水位为从某一基面算起的自由水面高度，设最大测距=10米，如水位基值设为0.00米，则水位的假定基面为超声波水位计以下10米；如水位基值设为12.35米，则水位的假定基面为超声波探头以下22.35米。平均次数：通常条件下，超声波信息合格采样次数，缺省值为16次，变化范围为8-64次，平均次数小，上电后数据出现时间短，误差大些，但随着测量时间的继续，精度不断提高；平均次数大，数据上电后出现满足要求的数据时间长，数据精度高。最大浪高：为了增强本仪器的适用性，根据反射面波浪的高低，设置