超聲波物位計在料位監測中的應用

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用。文章從DF-6221超聲波物位計的工作原理出發，詳細敘述其結構性能特點，儀表調試，探討影響測量的干擾因素及日常故障處理方法等，為相關工程技術人員更好的使用和維護超聲波物位計提供一定的參考。

【關鍵詞】物位測量 液位計 干擾因素 調試

1 產品概述

DF-6221 超聲波物位計集超聲、電子、軟件于一身的高科技產品，是液位、料位測量的首選儀器。 該產品是一種智能型非接觸式物位測量儀表。產品具有自動功率調整，增益控制，溫度補償的功能，采用先進的檢測技術和數字信號處理技術，提高儀表的測量精度，對干擾回波有抑制功能，保證測量結果的可靠性。

DF-6221 超聲波物位計由 CPU 主控單元、人機界面和超聲波換能器等部分構成。

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出，經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： 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 聲波在空氣中的傳輸速度受溫度、濕度、壓強等因素的影響，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控器配套進行工作的產品。探頭能夠通過發射機以脈沖發射方式將電能轉化成聲能。它也能在接收機工作周期將反射回來的聲能轉化成電信號。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。最大能量沿著發射軸軸向傳波，發射軸與垂直于探頭表面的軸線是一致的。這個錐形區域內聲能量只減少一半，通常稱作聲束，聲束基本建立在發射軸中心上。錐形區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則可以將最大發射能量發射到空氣中，反之亦然。

3 超聲波物位計測量影響因素分析

在現場實際運用時，會有各種因素對其穩定、可靠的測量產生影響，下面我們將結合實際，講述各種干擾對超聲波物位計選用、使用、安裝的影響。

（1）介質及環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生變化，為了補償這一變化，超聲波探頭內裝有溫度傳感器，當探頭向處理器發送反射信號的同時，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）最高料位當一束超聲波脈沖向物料表面傳送過程中，若收到從物料表面來的反射波，將無法進行測量，這段距離就是盲區。物料最高料位不得高于盲區。2）最低料位最低料位也就是使超聲波能到達的距離傳感器的最遠距離，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依賴性很強，對于DU33來說，可測液體范圍為25m，固體范圍為15m。總之，只要儀表選型、安裝適當，超聲波物位計的應用效果還是比較滿意的。

4 設置與調試

由于儀表現場安裝環境的不同，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行設置，設置步驟如下：

（1）進入菜單：儀表通電顯示后，長按回車鍵進入參數查詢界面，在此界面中，一頁顯示一個參數，包括參數號，參數名稱及參數數值，為防止非技術人員的誤操作影響儀表正常工作，有密碼保護的參數在進入參數設置之前需要進行密碼驗證。儀表初始密碼為0000.

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

（3）設置探頭參數：設置參考零點，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：自換能器表面起設置一段空白區域，建議用戶在使用時不要使物料進入這一區域。

（4）設置繼電器：帶繼電器工作時進入報警設置選項，繼電器需設置5個選項，0為關閉繼電器，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，可根據現場情況選擇接點。

5 超聲波物位計常見問題

5.1瞬時值波動大

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

5.2開機無顯示

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

5.3開機后儀表僅有背光，無任何字符顯示

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

5.4儀表在現場強干擾下無法使用

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

6 結語

在實際生產應用中全面了解超聲波式物位計性能特點，根據不同的工況要求，對其正確選用和安裝維護，可實現連續生產中物料料位時時準確控制，進一步使物料平衡，對于提高生產效率、控制質量和安全環保起到一定作用。

參考文獻：

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[5]吳永生.熱工測量及儀表.中國電力出版社，1998.

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