前言
超聲波液位計(jì)作為一種非接觸式物位測量儀表，具有測量精度高、安裝簡便、基本免維護(hù)等特點(diǎn)，常用于測量各種容器內(nèi)液體的液位，以及水渠、水池、水庫、江河湖海等水位的測量，也可以測量界位、液位差，尤其適用于污水、有腐蝕性的場合，和槽、堰配合構(gòu)成明渠流量計(jì)還可以測量流量，因此在鋼鐵、石化、水處理及水利等諸多行業(yè)或領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。
測量原理
一般把振動(dòng)頻率超過20kHz的聲波稱為超聲波，屬于機(jī)械波的一種，其特征是頻率高、波長短、繞射現(xiàn)象小，另外方向性強(qiáng)，能夠成為射線而定向傳播。超聲波在液體中的衰減很小，因而穿透能力強(qiáng)，超聲波液位計(jì)測量液位正是利用了它的這一特征。超聲波液位計(jì)工作時(shí)，超聲波換能器（探頭）發(fā)出高頻脈沖聲波，遇到被測水面的表面被反射回來，折回的反射回波被換能器接收，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。聲波的傳播時(shí)間與換能器到被測介質(zhì)表面的距離成正比。聲波傳輸距離L與聲速C和傳輸時(shí)間T的關(guān)系可用公式（1）表示：
超聲波液位計(jì)在發(fā)射超聲波脈沖時(shí)，不能同時(shí)檢測反射回波。由于發(fā)射的超聲波脈沖具有一定的時(shí)間寬度，且發(fā)射完超聲波后換能器存在余振，期間不能檢測反射回波，造成探頭表面下的一小段區(qū)域內(nèi)的反射波與發(fā)射波重迭，無法識(shí)別，不能正常檢測，這一段區(qū)域稱為測量盲區(qū)。盲區(qū)的大小與超聲波液位計(jì)的量程有關(guān)。
安裝
安裝應(yīng)遵循的原則
（1）探頭發(fā)射面到最低液位之間的距離應(yīng)小于液位計(jì)的量程；
（2）探頭發(fā)射面到最高液位之間的距離應(yīng)大于液位計(jì)的盲區(qū)（安裝高度>最高液位+盲區(qū)），如圖
1所示；
（3）探頭發(fā)射面應(yīng)該與被測液面保持平行，這樣聲波就可以垂直發(fā)射到被測液面，以保證最大的能量返回。
安裝要求及注意事項(xiàng)
（1）一般采用法蘭或螺紋安裝方式，不建議吊裝，因?yàn)榈跹b易受風(fēng)的影響而產(chǎn)生晃動(dòng)；
（2）探頭的正下方應(yīng)盡量避開進(jìn)、出料口等液面有劇烈波動(dòng)的位置，如圖2所示；
（3）由于聲束角的存在，探頭安裝時(shí)應(yīng)與器壁或池壁保持一定的間距，如圖3所示；
（4）超聲波波束所輻射的范圍內(nèi)，不能有障礙物，安裝時(shí)應(yīng)盡量避開池內(nèi)或容器內(nèi)設(shè)施，如扶梯、管路、攪拌器等；
（5）安裝地點(diǎn)應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離易產(chǎn)生強(qiáng)電磁干擾的設(shè)備；
（6）不要在同一個(gè)容器里安裝多個(gè)超聲波液位計(jì)，以避免彼此干擾而產(chǎn)生測量誤差；
（7）對于頂部為拱形的容器，液位計(jì)安裝應(yīng)偏離罐頂中心位置，以避免形成多次反射回波，如圖4所示；
（8）頂部為平面的錐形容器，液位計(jì)應(yīng)盡可能安裝在頂部中心，如圖5所示；
（9）當(dāng)容器上有接管且接管無法縮短使得探頭發(fā)射面不能伸出容器內(nèi)壁時(shí)或者探頭發(fā)射面到最高液位的距離小于盲區(qū)，導(dǎo)致無法正確檢測時(shí)，需加裝延伸管，延伸管應(yīng)與液面垂直，內(nèi)壁要光滑；
（10）應(yīng)盡量避免安裝在液面容易堆積泡沫、
漂浮物或劇烈波動(dòng)的地方，因?yàn)闀?huì)影響回波質(zhì)量，產(chǎn)生虛假回波，從而影響測量精度。必要時(shí)可加裝導(dǎo)波管，其長度至最低液位即可，應(yīng)保證管內(nèi)、外液體能自由、同步升降，內(nèi)壁要光滑；
（11）盡量不要使用在有水蒸汽的場合，如果有蒸汽，易形成水珠附著在探頭的表面，對正常測量造成影響；
（12）安裝位置應(yīng)避免強(qiáng)震動(dòng)，如安裝在輕震動(dòng)區(qū)域，可安裝橡膠墊圈減振；
（13）露天安裝時(shí)應(yīng)加裝遮陽（雨）罩；
（14）信號(hào)線應(yīng)采用屏蔽電纜，且單點(diǎn)接地；
（15）應(yīng)在液位計(jì)的標(biāo)稱環(huán)境溫度下使用。
溫度補(bǔ)償與聲速校正
空氣中的聲速與空氣溫度的關(guān)系為V=（331.5+0.6t）m/s，從這個(gè)聲速的溫度補(bǔ)償公式可以看出，聲速受溫度影響較大。在空氣中，溫度差1℃，對聲速的影響就是0.6m/s。在20℃，1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，聲速約為344m/s，從而可知，對測量誤差的影響約為0.17%，當(dāng)溫度誤差超過3℃時(shí)，液位的測量誤差就超過了0.5%。所以，應(yīng)測量環(huán)境溫度，以修正聲速。我們在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)選擇有溫度補(bǔ)償功能的超聲波液位計(jì)，以克服環(huán)境溫度變化對液位測量帶來的影響。
常見故障診斷
在液位計(jì)使用過程中出現(xiàn)故障時(shí)，可按照如下方法進(jìn)行故障診斷，以便快速正確地處理：
（1）檢查線路連接是否正確；
（2）如液面劇烈波動(dòng)，可考慮適當(dāng)增加阻尼時(shí)間；
（3）探頭表面是否被噴濺或有凝結(jié)，從而阻擋聲波的收發(fā)；
（4）檢查液面是否堆積、漂浮泡沫，泡沫會(huì)給回波帶來不利影響；
（5）液位是否進(jìn)入盲區(qū)范圍之內(nèi)；
（6）電源電壓是否在標(biāo)稱范圍之內(nèi)；
（7）液位計(jì)周圍是否有干擾源；
（8）安裝是否合理，可參照本文第3章節(jié)的相關(guān)條款進(jìn)行檢查處理。
超聲波液位計(jì)的檢定/校準(zhǔn)
目前，我國尚無專門針對超聲波液位計(jì)的檢定規(guī)程，檢定/校準(zhǔn)工作可按照《JJG971-2002液位計(jì)檢定規(guī)程》中的相關(guān)條款進(jìn)行。液位計(jì)的檢定周期一般不超過l年，也可根據(jù)使用環(huán)境條件、頻繁程度和重要性來確定。企業(yè)也可根據(jù)自身?xiàng)l件，參照國家計(jì)量檢定規(guī)程，制定企業(yè)內(nèi)部相應(yīng)的校準(zhǔn)規(guī)范。
計(jì)量性能要求
（1）示值誤差
示值的最大允許誤差為士（a%FS+b）
其中：a為液位計(jì)的精度；FS為液位計(jì)的量程；b為液位計(jì)的分辨力
（2）回差
超聲波液位計(jì)的回差應(yīng)不超過示值最大允許誤差絕對值的二分之一。
（3）穩(wěn)定性
超聲波液位計(jì)連續(xù)工作24h，示值誤差仍符合（1）的要求。
（4）液位信號(hào)輸出誤差
輸出誤差應(yīng)不超過輸出量程的土c%。
其中：c為液位計(jì)的精度
檢定方法
液位計(jì)的檢定方法一般有2種，檢定點(diǎn)的選擇應(yīng)按量程基本均布，一般應(yīng)包括上限、下限在內(nèi)不少于5個(gè)點(diǎn)。
（1）用液位計(jì)水箱檢定裝置的檢定方法：定型鑒定（或樣機(jī)試驗(yàn)）和首次檢定及仲裁檢定時(shí)必須用此方法進(jìn)行。
（2）用模擬液位的檢定方法：將液位計(jì)的傳感器對準(zhǔn)垂直放置的反射平板。距離大于量程的某點(diǎn)作為零點(diǎn)，逐漸靠近和離開以模擬液位的升高和降低進(jìn)行檢定。
結(jié)束語
在常溫、常壓的情況下，使用超聲波液位計(jì)測量液位是最佳的選擇，具有工作可靠、安裝簡便、免維護(hù)等特點(diǎn)。對于粘稠的、腐蝕性的、渾濁的等各種液體的液位測量，效果最佳。正確定位和合理安裝是超聲波液位計(jì)可靠工作的前提和關(guān)鍵。一般不用在負(fù)壓場合，負(fù)壓情況下空氣稀薄，超聲波在稀薄的空氣中傳播，聲速會(huì)發(fā)生變化，造成測量誤差，而且聲波衰減會(huì)增大，導(dǎo)致測量量程減小甚至無法測量。
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