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一.超声波液位计的工作原理
我们一般把声波频率超过20khz的声波称为超声波，超声波是机械波的一种，即是机械振动在弹性介质中的一种传播过程，它的特征是频率高、波长短、绕射现象小，另外方向性好，能够成为射线而定向传播。超声波在液体、固体中衰减很小，因而穿透能力强，尤其是在对光不透明的固体中，超声波可穿透几十米的长度，碰到杂质或界面就会有显著的反射，超声波测量物位就是利用了它的这一特征。在超声波检测技术中，不管那种超声波仪器，都必须把电能转换超声波发射出去，再接收回来变换成电信号，完成这项功能的装置就叫超声波换能器，也称探头。将超声波换能器置于被测液体上方，向下发射超声波，超声波穿过空气介质，在遇到水面时被反射回来，又被换能器所接收并转换为电信号，电子检测部分检测到这一信号后将其变成液位信号进行显示并输出。
由超声波在介质中传播原理可知，若介质压力、温度、密度、湿度等条件一定，则超声波在该介质中传播速度是一个常数。因此，当测出超声波由发射到遇到液面反射被接收所需要的时间，则可换算出超声波通过的路程，即得到了液位的数据，如图1所示。
超声波传感器在微机控制下，发射和接收超声波，并由超声波的传播t来计算超声传感器距被测物位的hb，在超声波传播速度c已知的情况下，可根据hb=ct/2计算出hb。因超声传感器距离罐底的高度h为定值，故可计算出液位高度。ha=h-hb
二.超声波液位计选型
根据需要和工况选择合适的型号是保证测量结果准确可靠的重要条件。
(1)Z大测量范围：超声波液位计可以配置4、6、8、10、20、30m等不同型号的换能器。在选择换能器时，需要考虑被测物料的特性、界面上介质性质、环境情况和生产系统的操作条件。超声波发射后的衰减程度和界面反射特性对测量范围有很大影响。当超声波衰减快，界面反射差时，为避免超声波探头接收到的超声波信号过弱，而无法与噪音信号区分，就要增大换能器的发射功率。
(2)温度补偿：超声波探头是采用具有声电效应的材料制成的，当高于一定温度时，压电元件将失去效应，而不能使用。一般超声波换能器在-20℃~80℃工作条件下较合适。另外，由于超声波测量物位是基于被测物料界面上传递超声波的介质中声速c为定值，在实际应用中，介质的声速除决定于介质的成分外，还受温度的影响。随季节的变化，环境温度变化很大，为保证测量精度，应选择带温度补偿超声波物液位计。
(3)声速校正：物料界面上传递声速的介质性质和成分影响测量结果，为适应不同的测量介质，超声波液位计内部配置了声速校正系统，以校正由于介质的成分变化而引起的误差。
三.超声波液位计的安装要求
检测仪表能否获得准确的测量数据，不仅与仪表本身的精度有关，而且与仪表的安装和调试有关。正确的安装除了可以获得更为准确的检测数据外，还可以保证仪表工作稳定，维护方便。超声波物位检测仪在安装时要注意以下几点：
(1)超声波换能器应安装在只能"看见"被测介质表面的地方，使声波在容器、储罐和料仓中传送时不会遇到挡板、搅拌器、仓壁等物体生成干扰，产生测量误差。
(2)超声波换能器在其传送和接收的脉冲之间，有一部分自身不能识别的盲区，为了测量可靠，测量对象的Z高物位应该在盲区之外。
(3)测量储仓内固体料位时，要考虑固体物料在界面上是不平整的，通常在进料口的物料高于储仓周边，因此，换能器应安装在能反映物料平均高度的位置上。
(4)安装换能器的另一要点是避免零反射。超声波换能器对准罐底或卸料口的斜壁时，超声脉冲发射出来，却收不到回波，检测仪就发出报警或调节到Z大限度，而且，有把干扰回波作为物位回波接收的危险。解决这一问题的有效办法，就是在液体储罐底部放一块小型的反射板或将换能器安装在靠近罐中线处。
(5)超声波换能器和检测仪之间应采用屏蔽电缆连接，且屏蔽线两端接地，以避免电噪声的干扰。
四.超声波液位计的特性
超声波液位计，带有非接触这样的特性，是界面测量特有的液位设备。它适宜多重特性的行业检测，如水文及关涉的交通行业、化工石油及特有的污水处理。超声波架构下的液位计，便于安设及管控，平日以内的运用便利，且耗费掉的金额不高。
超声波液位计，应被安设于容器固有的上侧。经由电子单元的管控，液位计架构中的探头，向待测物体发射声波脉冲。发射的声波，由液体表面反射，再被探头吸纳，并被转化成电信号。由发射到接收，耗费掉的时间，与被测界面和探头距离成正比的关系。
根据拟定好的声速数值，电子单元通过运算得来待测间距。 探头至被测容器底部距离，等同于系统设置的液位距离，或者容器内的液位高度。测量得来的液位高度，应被变更成
20 毫安以内的电流、 5 伏特以内的电压。现场环境温度变化，对于声速都会产生明显的干扰。因此必须对温度进行测量，以便调整声速。
五.超声波液位计在排水系统中的应用
由于超声波液位计具有许多特点，尤其是非接触式测量，因而可以广泛应用在化工企业的反应器、反应罐等容器和各种需要计算流量的管道、水渠中。目前还广泛应用于江、河、湖、海的水位测量，不仅测量准确还可连续测量和详细记录水文资料，而且避免了在下暴雨时和汛期人工去水边看水位标尺的困难和危险。大大减轻了水文观测人员的劳动强度，提高了监测的科学性。
通过对FMU系列超声波液位计的应用研究，利用其非接触测量的优点，实际应用在城市、大型学校排水泵站远程数据采集监测系统中，对分部在城市、学校各处的泵站拦污栅栅前、栅后的水位进行自动监测，可为城市、学校的排污和净化环境做出重大贡献，取得良好的社会效益和经济效益。此外，FMU系列超声波液位计工作稳定、性能可靠，可以推广应用。
六.超声波液位计安装示意图
七.一体式超声波液位计/超声波物位计的发展历程
20世纪60年代，超声波液（物）位计首次被用于物位丈量，Z初只能丈量3-4米的短量程液位，随后发展到固体料位。今天，随着电子技术的发展，超声波液位计/超声波料位计丈量仪器可以丈量几厘米到几十米的物位范围，在诸多恶劣的条件下表现出非凡的能力。
超声波液位计丈量的内在原理非常简单的。超声波探头位于容器的顶部，发射脉冲波达到被测介质表面，同时接受由被测物表面反射回来的回波，由发射波和回波的时间差--也就是声波在空间中的往返穿行时间来计算出探头间隔被测介质表面的间隔。
超声波液位计/超声波料位计中的声波与声速的关系及对其产生的影响
一般意义的“声波”是指可以被我们的听觉器官所感受到的频率，“超声波”是指超过我们听觉极限的，高于18kHZ的频率。实际“超声波”在产业应用中的频率是5kHZ~~5MHZ，在物位丈量技术方面为5kHZ~~40kHZ。声波产生于振动物体并由空气分子的正常不规则运动传播，声波的传播需要媒介，Z常见媒介是空气，但水、金属、木质和橡胶等等多种物质都可作为声波的传播媒介。
超声波探头到介质表面间隔的计算是根据超声波的传播时间，即声波从探头发出到介质表面，再从介质表面返回探头所需时间，计算公式如下：
D= tf·c/2
D=探头到介质表面间隔
Tf=声波的传播时间
C=声波的传播速率
由此可知，除了声波的传播时间的丈量正确性，声波的传播速度起着决定性的因素。
下表列出了声波在不同气体介质中，不同温度下的速率。
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声速的变化取决于传播媒介的不同，在实际应用中，多种因素影响着传播媒介及声速。今天，为了获得更加精确的丈量结果，超声波物位仪表可以由程序设定不同媒介的声速。
八.超声波液位计液位测量原理
超声波液位计测量原理是什么？超声波液位计有哪些种类？超声波液位计如何选型安装？超声波液位计用PLC对采集量进行处理,并且把实时水位和压差数据送到中控室，超声波液位计显示和越限报警。超声波液位计同时采用RS422/RS232接口，又把实时数据送到大坝集中控制室工控机，处理成计算机通信报文，Z终将采集量送到电厂计算机监控系统上位机。传统的超声波测位仪盲区大，且在盲区附近的测量仍受“拖尾现象”的影响，测量精度不高。而DEC系列超声波液位计采用XPS系列微能量超声波换能器，具有发射功率小、能量微弱，灵敏度高、方向角小；可精确完成不同环境下非接触式连续测量；小盲区，高精度，且在盲区附近仍能保证精度等特点。
超声波液位计采用什么原理测量液位：超声波液位计工作时，高频脉冲声波由换能器(探头)发出，遇被测物体(水面)表面被反射，折回的反射回波被同一换能器(探头)接收，转换成电信号。脉冲发送和接收之间的时间(声波的运动时间)与换能器到物体表面的距离成正比，在超声波流量计的应用中，发射、接收两换能器沿轴线的安装距离；流量计仪表系数的定义和确定方法是必须了解的。
(1)超声波液位计发射、接收两换能器的轴向安装距离：为使发射换能器发出的声波能较完全地被接收换能器收到，必须正确选择两换能器在管壁上的安装位置，两换能器之间的轴向距离与在管壁中和管道内的声线与管轴的法线夹角有关，并与管壁厚度和管道直径无关，若能得到声波在管壁中的传播速度和在被测介质中的声速，就可以利用折射定律求得上述两个夹角。
(2)超声波液位计仪表常数：超声波流量计（频差法）得到的测量信号是经过一定倍频的循环频率差B△f，B为流量计的倍频数，这个循环频率差对应一定的流量值。所以，超声波流量计的仪表系数S，就是表示每吨或(m³)流体所对应的循环频率差脉冲数B△f。
九.超声波液位计调试步骤
超声波液位计调试步骤及工作原理
超声波液位计是由微处理器控制的数字物位仪表。在测量中脉冲超声波由传感器（换能器）发出，声波经物体表面反射后被同一传感器接收，转换成电信号。并由声波的发射和接收之间的时间来计算传感器到被测物体的距离。 由于采用非接触的测量，被测介质几乎不受限制，可广泛用于各种液体和固体物料高度的测量。探头固定安装在水面观测点上方，垂直对准水面向水面发射超声波，超声波到达水面后部分能量经水面反射，被探头接收，仪表记下这段时间t；探头内部安装有温度传感器，根据超声波的传播速度和时间t，经过温度补偿计算出水面到探头的距离D。如下图所示：
超声波液位计原理图
安装仪表时，通过按键向仪表内存设置探头到“水位=0”的距离L。仪表从内存读取参数L，用H加上D，求出探头到“水位=0”的距离L（L= H+D）。在实际测量中，液位H是实时变化的，仪表根据所测时间t计算出液面距离D，从而得到当前液位H＝L-D。 超声波液位计的调试步骤及注意事项 假如某水池水位在0-2.350米，0米对应4mA，2.35米对应20mA之间变化，首先要把超声波液位计的安装位置选在要大于Z高水位0.3（盲区）米以上的任意位置，也就是要大于2.65米的位置。经测量Z低水位0米距超声波液位计探头的实际距离为2.82米。此时，4mA（0V）对应输入设置应该为2.82米，20mA（5V，10V）对应设置0.47米（也就是2.82—2.35米）。
（1）接通电源，对准一平面目标校正距离；
（2）按K1，LED显示A1-- ，校正4mA（可连接二次仪表，串联电流表）；
（3）按K1，LED显示A2-- ，校正20mA（5V，10V）。
以上3步出厂时已经校正，但是恢复出厂预置的时侯应该重新设定，
（4）按K1，LED显示A3--，输入4MA的数据，按K2或者K3使LED显示2.82；
（5）按K1，LED显示A4--，输入20MA的数据，按K2或者K3使LED显示0.47；
（6）按K1，LED显示A5--，此时设置倒置水深的数据，按K2或者K3使LED显示2.82；
（7）按K1，LED显示A6--，此时按K2或者K3设置开关量数据；
十.一体式超声波液位计的接线与安装
l电路设计从电源部分起就选用高质量的电源模块，元器件选择进口高稳定可靠的器件，完全可以替代同类型国外进口仪表。
l的声波智能技术软件可进行智能化回波分析，无需任何调试及其它的特殊步骤，此技术具有动态思维、动态分析的功能。
l我公司拥有的声波智能技术，使仪表的精度大大提高，液位精度达到0.3％，能够抗各种干扰波。
l本仪表是一种非接触式仪表，不跟液体直接接触，因此故障率低。仪表提供多种安装方式，用户完全可以通过本手册进行仪表标定。
l仪表的所有输入、输出线均具有防雷、防短路的保护功能。
一、一体式超声波液位计安装与接线
1 ）仪表安装高度，应小于选购仪表的量程 。
2 ）换能器发射面到Z高液位的距离（即盲区），应大于选购仪表的盲区。
3 ）换能器的发射面应该与液体表面保持平行。
4 ）换能器的 安装位置应尽量避开正下方进、出水口等液面有剧烈波动的位置。
5 ）若池壁或罐壁不光滑，仪表需离开池壁或罐壁1.0m以上。
6 ）仪表自身虽然带有防雷器件，但仪表在多雷地区使用时Z好在仪表的进出线端另加装专用的防雷装置。
7 ）仪表在特别炎热、寒冷的地方使用，即周围环境温度有可能超出仪表的工作要求时，Z好在仪表周围加设防高低温装置。
二、调试方法
【 mode 】 ： 菜单键。 按【mode】出现密码界面，输入密码进入菜单，在设置时按【mode】取消设置， 设置完毕后，按【 mode 】键退出菜单。
【 ▲ 】 ：下翻键和数字键。在菜单中，该键为菜单的下翻键用，在更改数据时，该键作为数字键用。
【 】 ：移位键和上翻键。在菜单中，该键作为菜单的上翻键用，在更改数据时，该键作为移位键用。
【 ok 】 ： 确认 键。选择菜单或确认选项和数据。
仪表上电后，按【mode】进入菜单设置：
【pass】密码（*位输入1，即密码为1000按【ok】进入菜单）。
【p 01】液位标定。仪表首次安装完毕后，必须在此输入液位的实际高度。
【p 02】 20ma 设置。在此输入20ma对应的Z高液位。
【p 03】选择仪表显示模式。“00”显示液位；“01”显示距离；“02”显示距离和气温。
【p 04】探头高度。在此 可查看探头高度是否符合现场情况，也可用于液位标定。
【p 05】选择仪表的反应速度。 “ 00 ”Z快；“ 01 ”较快；“ 02 ”中速；“ 03 ”慢速。液位变化速度越快，相应要求仪表反应的速度越快。仪表反应速度越快，仪表显示数据跳动越大；相反，仪表反应速度越慢，仪表显示数据越稳定，请用户谨慎选择。
【p 06】盲区设置。 更改仪表盲区可以适应现场一些复杂工况。例如，可以避开探头附近凸起物对仪表的影响。
【p 07】 校准 4ma 电流。
【p 08】 校准 20ma 电流。
【p 09】检测 4 ～ 20ma 电流。
设置完毕后，按【 mode 】键退出菜单设置。
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