什么是超声波液位计?超声波液位计的原理与应用

超声波物位计也称超声波液位计,超声波水位计是作为一种非接触式物位测量仪表,具有测量精度高、安装简便、基本免维护等特点，常用于测量各种容器内液体的液位，以及水渠、水池、水库、江河湖海等水位的测量,也可以测量界位、液位差，尤其适用于污水、有腐蚀性的场合,和槽、堰配合构成明渠流量计还可以测量流量,因此在钢铁、石化、水处理及水利等诸多行业或领域得到越来越广泛的应用。

超声波物位计的原理

超声波物位计安装于容器上部，在电子单元的控制下,探头向被测物体发射一束超声波脉冲,声波被物体表面反射，部分反射回波由探头接收并转换为电信号。从超声波发射到被重新被接收，其时间与探头至被测物体的距离成正比。电子单元检测该时间，并根据已知的声速计算出被测距离。用探头到罐底的距离—探头到液位的距离 = 实际液位或者物位高度,把液位高度转换成4~20 mA电流信号、1~5 V电压信号输出:或者通过RS485, Hart，GPRS通信传输到控制中心。由于温度对声速具有较大的影响，所以仪表应测量环境温度，以修正声速。

超声波液位计的优缺点

与其它种类的液位计相比，超声波液位计具有以下优点:

(1)非接触式测量，超声波换能器安装在液面上方，不与被测介质接触，可方便地测量腐蚀性、粘稠或有毒液体，避免被被测液体腐蚀或污损，免于维护。

(2)通用性好，液位计即可测量开渠液位，也可测量大型储罐等的液体液位。

安装、拆卸方便。

(3)适应性强，使用范围广，不受介质密度、介电常数、导电性等的影响，对被测液体的物理化学性质的适应性极强。

(4)适用于有毒、有腐蚀、高粘度的液体液位测量，弥补了其他液位计在此类恶劣测量环境中的不足。

(5)几乎没有机械可动部件，无磨损，使用寿命长，重量轻。换能器内的压电元件以声频振动，振幅小，寿命长，稳定性好。

缺点主要表现在:被测液体易挥发时，液面上方的空气密度不均，会导致测量误差较大;当被测液体液面有较大波浪起伏时，易引起声波反射混乱，产生误差另外，超声波液位计测量液位时有无法避免的盲区，因此小距离测量比较困难。

一体和分体式超声波液位计的区别：

一体式超声波液位计将超声波探头、信号处理单元、显示器等集成在一个设备内。所有的测量和控制功能均在同一个外壳内完成。

安装简便：由于其结构紧凑，安装时只需固定一个设备即可，省去了复杂的布线和安装工序。

功能全面：适用于各种工业级别的苛刻环境中，防护等级高达IP66/IP67。且有多种型号可选，如防腐型，隔爆型等。

简化校准：一体式设计使得设备的校准过程更加简化和高效，通常只需对整体系统进行校准，而非多个分开部件。

一体式超声波液位计常用于储罐、工业废水处理、化学反应槽和浅水池等场合。

分体式超声波液位计：

分体式超声波液位计由探头和信号处理单元分开构成，探头安装在测量点，而信号处理单元则可以安装在远离测量点的控制室或其他方便操作的位置，二者通过电缆连接。

抗干扰能力强：探头和信号处理单元分开后，信号处理单元可以远离高温、高压或强电磁干扰的区域，从而提高测量精度和可靠性。

操作方便：信号处理单元通常带有更大的显示屏和更多的操作接口，便于操作人员进行调整和查看。

适应性强：分体式设计可以适应恶劣的测量环境，如高温、腐蚀性气体或液体环境中，探头可以采用特殊材料制造以耐受条件。

分体式超声波液位计适用于大型储罐、复杂工艺流程的液位测量、高温或强腐蚀性环境下的液位监控等场合，尤其适合需要远程操作或需要防止现场环境干扰的应用。

超声物位计主要技术指标

1. 量程和盲区

量程和盲区是反映超声物位计的两个重要指标。

量程代表的是这个物位计能测量的最大范围，反映的是换能器的灵敏度。也就是说,量程越大,灵敏度越高。大部分厂家标称的量程都是针对平整液面来说,但在实际测量的时候,液位波动,表面有漂浮物，测量的固体料位,有粉尘,有蒸汽,这些都是有可能导致量程不能达到标称值的。

盲区也称死区, 超声液位计测量不到的一段距离，它是由于超声换能器的余震造成的。比如盲区30cm，也就是说，在液面跟探头的距离小于30cm的时候,将会出现不能测量的情况。那么相同量程的产品，盲区越小,说明这个换能器的设计越好;对一些密闭罐体或者短量程的测量来说，安装会越方便。

2.  温度和精度

温度范围大部分标称是-20~60℃的范围。因为大部分用液晶显示的物位计，液晶屏的工作温度只能在这个范围,超出该范围,液晶显示都会出现不正常现象。如果不考虑液晶显示的限制，一般都可以做到-40~80℃的范围。一般情况下,超声换能器的工作温度很难超过150℃:当超过150℃时,容易损坏里面的压电陶瓷，因此150℃可以看成是一个绝对破坏温度。另外,超声换能器制造过程用的部分材料，不能在100℃以上的温度长时间工作:因此大部分换能器的极限温度是100℃。

为什么把精度和温度放在一起考虑?因为在空气中,温度的测量误差为1℃,对声速的影响是0.6 m/s,20℃,1个大气压下声速约为340 m/s。由此可以算出,对测量误差的影响是0.17%;如果温度测量误差超过3 ℃,物位测量误差就超过大部分厂家0.5%的标称范围。实际上0.5%的精度是针对常温常压下的,对偏高或偏低的温度,都有可能导致测量精度超过0.5%的情况。在温度梯度,温度变化快的场合,测量误差也会增大。另外对测量精度影响最大的是气体成份，如在一些挥发性液体的场合,液体的挥发导致空气成分变化,接着导致气体声速变化，最后引起测量误差。

3. 压力

在负压的情况下,一般不推荐用超声测量,因为超声传播是通过气体来实现的。负压力意味着里面的空气稀薄,超声在稀薄空气下传播,一个是声速会变化,引起测量误差,二是稀薄空气里面,声波衰减增大,导致测量量程减小甚至不能测量。

4. 腐蚀性

物位计的腐蚀性主要考验的是探头的材质。在弱酸弱碱的环境下，普通的塑料外壳就可以。聚四氟乙烯的外壳,可以耐大部分的强酸强碱。值得注意的是，如果被测物质有比较强的腐蚀性和挥发性，用一体物位计的时候，最好把电路板进行胶峰。因为大部分可以防水的壳体,都不能防气体;气体一但进入设备里面后,会腐蚀电路板。