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超聲波物位計(jì)的主要技術(shù)指標(biāo)
2020-11-10
超聲波物位計(jì)也稱超聲波液位計(jì)，超聲波水位計(jì)，是一種優(yōu)良的非接觸的界面測(cè)量設(shè)備，適用于石油、化工、電力、自來水、污水處理、水利水文、食品加工等行業(yè)。它安裝簡(jiǎn)便，適用性廣，是一款物美價(jià)廉的液位測(cè)量設(shè)備。由于超聲波的主要技術(shù)指標(biāo)關(guān)乎其具體應(yīng)用，所以為更好地應(yīng)用超聲波物位計(jì)，了解超聲波物位計(jì)的主要技術(shù)指標(biāo)就顯得必不可少。
一、量程和盲區(qū)
量程和盲區(qū)是反映超聲波物位計(jì)的兩個(gè)重要指標(biāo)。
量程代表的是這個(gè)物位計(jì)能測(cè)量的最大范圍，反映的是換能器的靈敏度。也就是說，量程越大，靈敏度越高。大部分廠家標(biāo)稱的量程都是針對(duì)平整液面來說，但在實(shí)際測(cè)量的時(shí)候，液位波動(dòng)，表面有漂浮物，有粉塵、有蒸汽，這些因素都有可能導(dǎo)致量程不能達(dá)到標(biāo)稱值。
二、溫度和精度
超聲波物位計(jì)的溫度范圍大部分標(biāo)稱是-20～60℃的范圍。因?yàn)榇蟛糠钟靡壕э@示的物位計(jì)，液晶屏的工作溫度只能在這個(gè)范圍，超出該范圍，液晶顯示都會(huì)出現(xiàn)不正常的現(xiàn)象。如果不考慮液晶顯示的限制，一般都可以做到-40～80℃的范圍。
另外，壓電陶瓷有個(gè)居里溫度約300℃。居里溫度一般是安全溫度，一般情況下，超聲換能器的工作溫度很難超過150℃，當(dāng)超過150℃時(shí)，容易損壞里面的壓電陶瓷，因此150℃可以看成是一個(gè)絕對(duì)破壞溫度。另外，超聲換能器制造過程用的部分材料，不能在100℃以上的溫度長(zhǎng)時(shí)間工作。因此大部分換能器的極限溫度是100℃。
為什么把精度和溫度放在一起考慮？因?yàn)樵诳諝庵校瑴囟鹊臏y(cè)量誤差為1℃，對(duì)聲速的影響是0.6m/s，20℃，1個(gè)大氣壓下聲速約為340m/s。由此可以算出，對(duì)測(cè)量誤差的影響是0.17%。如果溫度測(cè)量誤差超過3℃，物位測(cè)量誤差就超過大部分廠家0.5%的標(biāo)稱范圍。實(shí)際上，0.5%的精度是針對(duì)常溫常壓下的，對(duì)偏高或偏低的溫度，都有可能導(dǎo)致測(cè)量精度超過0.5%的情況。在溫度梯度，溫度變化快的場(chǎng)合，測(cè)量誤差也會(huì)增大。另外，對(duì)測(cè)量精度影響最大的是氣體成分，如在一些揮發(fā)性液體的場(chǎng)合，液體的揮發(fā)導(dǎo)致空氣成分變化，接著導(dǎo)致氣體聲速變化，最后引起測(cè)量誤差。
三、供電方式和信號(hào)輸出方式
供電方式一般是交流電源95～230V AC，24V DC四線制，24V DC二線制三種。輸出方式有：顯示界面，電流4～20mA，電壓1～5V，通信方式：485通信，Hart通信，GPRS通信等。
四、安裝方式和銳度角
安裝一般有法蘭和螺紋兩種安裝方式。一般情況下不推薦使用吊裝，因?yàn)榈跹b容易受風(fēng)的影響引起測(cè)量誤差。安裝的時(shí)候，一般都要考慮盲區(qū)的影響，我們要在物理上保證最高液面到探頭表面的距離大于盲區(qū)。為了避開盲區(qū)，用加長(zhǎng)導(dǎo)管安裝的時(shí)候，必須注意探頭輻射面兩端與導(dǎo)管端面兩端形成的夾角要大于換能器的銳度角（銳度角：波束兩側(cè)出現(xiàn)第一個(gè)極小值之間的夾角）。大部分物位計(jì)用的換能器都可以看成一個(gè)圓型活塞陣。波束角不是越小越好，因?yàn)閷?duì)大量程的產(chǎn)品來說，波束角太小，那么要垂直對(duì)準(zhǔn)液面就比較困難。
五、壓力
在負(fù)壓的情況下，一般不推薦用超聲測(cè)量，因?yàn)槌晜鞑ナ峭ㄟ^氣體來實(shí)現(xiàn)的。負(fù)壓力意味著里面的空氣稀薄，超聲在稀薄空氣下傳播，一個(gè)是聲速會(huì)變化，引起測(cè)量誤差，二是稀薄空氣里面，聲波衰減增大，導(dǎo)致測(cè)量量程減小甚至不能測(cè)量。
正壓力主要是探頭結(jié)構(gòu)的影響，只要探頭結(jié)構(gòu)沒有問題，不會(huì)引起漏氣現(xiàn)象，在大的壓力情況下超聲物位計(jì)是可以工作的。
六、腐蝕性
腐蝕性主要考驗(yàn)的是超聲波物位計(jì)探頭的材質(zhì)。在弱酸弱堿的環(huán)境下，使用普通的塑料外殼就可以。聚四氟乙烯的外殼，可以耐大部分的強(qiáng)酸強(qiáng)堿，所以在強(qiáng)酸強(qiáng)堿的情況下，最好使用聚四氟乙烯外殼。值得注意的是，如果被測(cè)物質(zhì)有比較強(qiáng)的腐蝕性和揮發(fā)性，用一體超聲波物位計(jì)的時(shí)候，最好把電路板進(jìn)行膠縫。因?yàn)榇蟛糠挚梢苑浪臍んw，都不能防氣體，氣體一旦進(jìn)入設(shè)備里面后，會(huì)腐蝕電路板。
一、量程和盲區(qū)
量程和盲區(qū)是反映超聲波物位計(jì)的兩個(gè)重要指標(biāo)。
量程代表的是這個(gè)物位計(jì)能測(cè)量的最大范圍，反映的是換能器的靈敏度。也就是說，量程越大，靈敏度越高。大部分廠家標(biāo)稱的量程都是針對(duì)平整液面來說，但在實(shí)際測(cè)量的時(shí)候，液位波動(dòng)，表面有漂浮物，有粉塵、有蒸汽，這些因素都有可能導(dǎo)致量程不能達(dá)到標(biāo)稱值。
二、溫度和精度
超聲波物位計(jì)的溫度范圍大部分標(biāo)稱是-20～60℃的范圍。因?yàn)榇蟛糠钟靡壕э@示的物位計(jì)，液晶屏的工作溫度只能在這個(gè)范圍，超出該范圍，液晶顯示都會(huì)出現(xiàn)不正常的現(xiàn)象。如果不考慮液晶顯示的限制，一般都可以做到-40～80℃的范圍。
另外，壓電陶瓷有個(gè)居里溫度約300℃。居里溫度一般是安全溫度，一般情況下，超聲換能器的工作溫度很難超過150℃，當(dāng)超過150℃時(shí)，容易損壞里面的壓電陶瓷，因此150℃可以看成是一個(gè)絕對(duì)破壞溫度。另外，超聲換能器制造過程用的部分材料，不能在100℃以上的溫度長(zhǎng)時(shí)間工作。因此大部分換能器的極限溫度是100℃。
為什么把精度和溫度放在一起考慮？因?yàn)樵诳諝庵校瑴囟鹊臏y(cè)量誤差為1℃，對(duì)聲速的影響是0.6m/s，20℃，1個(gè)大氣壓下聲速約為340m/s。由此可以算出，對(duì)測(cè)量誤差的影響是0.17%。如果溫度測(cè)量誤差超過3℃，物位測(cè)量誤差就超過大部分廠家0.5%的標(biāo)稱范圍。實(shí)際上，0.5%的精度是針對(duì)常溫常壓下的，對(duì)偏高或偏低的溫度，都有可能導(dǎo)致測(cè)量精度超過0.5%的情況。在溫度梯度，溫度變化快的場(chǎng)合，測(cè)量誤差也會(huì)增大。另外，對(duì)測(cè)量精度影響最大的是氣體成分，如在一些揮發(fā)性液體的場(chǎng)合，液體的揮發(fā)導(dǎo)致空氣成分變化，接著導(dǎo)致氣體聲速變化，最后引起測(cè)量誤差。
三、供電方式和信號(hào)輸出方式
供電方式一般是交流電源95～230V AC，24V DC四線制，24V DC二線制三種。輸出方式有：顯示界面，電流4～20mA，電壓1～5V，通信方式：485通信，Hart通信，GPRS通信等。
四、安裝方式和銳度角
安裝一般有法蘭和螺紋兩種安裝方式。一般情況下不推薦使用吊裝，因?yàn)榈跹b容易受風(fēng)的影響引起測(cè)量誤差。安裝的時(shí)候，一般都要考慮盲區(qū)的影響，我們要在物理上保證最高液面到探頭表面的距離大于盲區(qū)。為了避開盲區(qū)，用加長(zhǎng)導(dǎo)管安裝的時(shí)候，必須注意探頭輻射面兩端與導(dǎo)管端面兩端形成的夾角要大于換能器的銳度角（銳度角：波束兩側(cè)出現(xiàn)第一個(gè)極小值之間的夾角）。大部分物位計(jì)用的換能器都可以看成一個(gè)圓型活塞陣。波束角不是越小越好，因?yàn)閷?duì)大量程的產(chǎn)品來說，波束角太小，那么要垂直對(duì)準(zhǔn)液面就比較困難。
五、壓力
在負(fù)壓的情況下，一般不推薦用超聲測(cè)量，因?yàn)槌晜鞑ナ峭ㄟ^氣體來實(shí)現(xiàn)的。負(fù)壓力意味著里面的空氣稀薄，超聲在稀薄空氣下傳播，一個(gè)是聲速會(huì)變化，引起測(cè)量誤差，二是稀薄空氣里面，聲波衰減增大，導(dǎo)致測(cè)量量程減小甚至不能測(cè)量。
正壓力主要是探頭結(jié)構(gòu)的影響，只要探頭結(jié)構(gòu)沒有問題，不會(huì)引起漏氣現(xiàn)象，在大的壓力情況下超聲物位計(jì)是可以工作的。
六、腐蝕性
腐蝕性主要考驗(yàn)的是超聲波物位計(jì)探頭的材質(zhì)。在弱酸弱堿的環(huán)境下，使用普通的塑料外殼就可以。聚四氟乙烯的外殼，可以耐大部分的強(qiáng)酸強(qiáng)堿，所以在強(qiáng)酸強(qiáng)堿的情況下，最好使用聚四氟乙烯外殼。值得注意的是，如果被測(cè)物質(zhì)有比較強(qiáng)的腐蝕性和揮發(fā)性，用一體超聲波物位計(jì)的時(shí)候，最好把電路板進(jìn)行膠縫。因?yàn)榇蟛糠挚梢苑浪臍んw，都不能防氣體，氣體一旦進(jìn)入設(shè)備里面后，會(huì)腐蝕電路板。
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