您的位置：網(wǎng)站首頁(yè) > 新聞資訊 > 超聲波液位計(jì)工作原理 超聲波液位計(jì)，初辰科技是專業(yè)生產(chǎn)超聲波液位計(jì)廠家，而且超聲波液位計(jì)J格優(yōu)惠，量大從優(yōu)！本儀器包含多項(xiàng)自研的Z利技術(shù)，擁有全新的信號(hào)處理技術(shù)，具有安全、清潔、精度高、壽命長(zhǎng)、穩(wěn)定可靠、安裝維護(hù)方便、讀數(shù)簡(jiǎn)捷等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于石油、化工、水處理、水利、鋼鐵、煤礦、電力以及食品加工等行業(yè)，適用酸、堿、鹽、防腐、高溫、防爆等各種領(lǐng)域。本儀器可通過4~20mA或RS485（Modbus協(xié)議）連接到各種DCS系統(tǒng)中，為工業(yè)的自動(dòng)化運(yùn)行，提供實(shí)時(shí)的液位數(shù)據(jù)。
方向性強(qiáng)：高頻超聲波的波長(zhǎng)短（如 20kHz 聲波波長(zhǎng)約 1.7cm，200kHz 波長(zhǎng)約 1.7mm），傳播時(shí)發(fā)散角小，能定向聚焦于液面，減少雜散反射干擾。
傳播介質(zhì)依賴：超聲波需通過彈性介質(zhì)（如空氣、液體、固體）傳播，無法在真空中傳播，這也是其測(cè)量依賴空氣介質(zhì)的原因。
反射特性：當(dāng)超聲波從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)（如空氣→液體），因兩種介質(zhì)的聲阻抗（介質(zhì)密度 × 聲速）差異較大，會(huì)發(fā)生明顯反射（反射率可達(dá) 90% 以上），這是液面回波信號(hào)的來源。
傳播速度穩(wěn)定：在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，超聲波在空氣中的傳播速度約為 340m/s，且速度與溫度呈線性關(guān)系（溫度每升高 1℃，聲速增加約 0.6m/s），可通過溫度補(bǔ)償修正偏差。
液位計(jì)的主控電路（通常為微處理器）生成高頻電脈沖信號(hào)（頻率 20kHz~200kHz，根據(jù)量程選擇：小量程用高頻，減少發(fā)散；大量程用低頻，減少衰減），傳輸至換能器（探頭）。
換能器是核心部件，基于 “壓電效應(yīng)" 工作：其內(nèi)部的壓電晶體（如壓電陶瓷）在電脈沖激勵(lì)下發(fā)生機(jī)械振動(dòng)，將電能轉(zhuǎn)化為超聲波機(jī)械能，向被測(cè)液面定向發(fā)射。
超聲波從探頭出發(fā)，在空氣中沿直線傳播，傳播速度受環(huán)境因素影響：
溫度：核心影響因素，如前所述，聲速隨溫度變化顯著（公式：v = 331.4 + 0.607×T，其中 T 為環(huán)境溫度℃）。
氣壓：影響較小，標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下可忽略，僅在高原等低氣壓環(huán)境中需微調(diào)。
濕度：濕度增加會(huì)使空氣密度略微變化，導(dǎo)致聲速偏差約 0.1%，通常可忽略。
傳播過程中，超聲波會(huì)因空氣吸收、散射（如粉塵、水汽）而衰減，量程越大、頻率越高，衰減越明顯（因此大量程液位計(jì)多采用低頻聲波）。
當(dāng)超聲波到達(dá)液體表面時(shí)，由于空氣（聲阻抗約 415 Rayl）與液體（如水的聲阻抗約 1.48×10? Rayl）的聲阻抗差異極大，聲波會(huì)發(fā)生鏡面反射，形成回波。
若液面存在泡沫、波浪或懸浮物，會(huì)導(dǎo)致反射率下降（泡沫反射率可能低至 30% 以下），回波信號(hào)減弱，需通過探頭增益調(diào)節(jié)或?yàn)V波算法優(yōu)化。
反射后的回波被同一換能器（或獨(dú)立接收換能器）捕捉，壓電晶體將機(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)化為微弱電信號(hào)，經(jīng)前置放大器放大、濾波（去除環(huán)境噪聲）后，傳輸至主控電路。
主控電路需區(qū)分 “有效回波" 與 “干擾回波"（如容器壁反射、氣泡反射），通常通過以下方式：
設(shè)定盲區(qū)：探頭下方一定距離（如 0.3~1m）內(nèi)的回波不被識(shí)別，避免近距離強(qiáng)反射干擾。
回波特征分析：有效回波的幅值、頻率與發(fā)射波一致，而干擾回波通常幅值低、頻率紊亂。
主控電路記錄超聲波 “發(fā)射時(shí)刻" 與 “接收回波時(shí)刻" 的時(shí)間差（即往返傳播時(shí)間 t）。
計(jì)算探頭到液面的垂直距離（d）：由于聲波往返傳播，實(shí)際單程距離為聲速（v）與時(shí)間（t）乘積的一半，即：
計(jì)算實(shí)際液位高度（h）：需已知探頭安裝高度（H，即探頭到容器底部的垂直距離），則液位高度為：
最終，液位計(jì)通過 4~20mA 電流信號(hào)、RS485 通訊或數(shù)字顯示等方式輸出測(cè)量結(jié)果。
聚四氟乙烯：耐酸堿，適合化工場(chǎng)景；
不銹鋼：耐磨損，適合粉塵、顆粒環(huán)境；
聚丙烯：輕便、成本低，適合清水、污水場(chǎng)景。
功能：實(shí)現(xiàn)電信號(hào)與超聲波的雙向轉(zhuǎn)換，分為 “發(fā)射 / 接收一體型"（成本低，適合多數(shù)場(chǎng)景）和 “分離型"（抗干擾性強(qiáng)，適合復(fù)雜工況）。
材質(zhì)：探頭表面需耐環(huán)境腐蝕，常用材質(zhì)包括：
核心是微處理器（如 MCU、DSP），負(fù)責(zé)生成發(fā)射信號(hào)、捕捉回波時(shí)間、執(zhí)行溫度補(bǔ)償算法、計(jì)算液位并輸出數(shù)據(jù)。
關(guān)鍵性能：時(shí)間測(cè)量精度（需達(dá)到納秒級(jí)，如 1ns 精度對(duì)應(yīng)距離誤差約 0.17mm）、抗干擾能力（通過電磁屏蔽、濾波電路實(shí)現(xiàn)）。
內(nèi)置 NTC 熱敏電阻或 PT1000 傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)環(huán)境溫度，用于修正聲速（v），是保證測(cè)量精度的核心補(bǔ)償手段（無溫度補(bǔ)償時(shí)，溫度變化 10℃可導(dǎo)致 ±3% 的誤差）。
電源：通常支持 24V DC 工業(yè)電源，部分型號(hào)兼容 110~220V AC。
輸出：模擬量（4~20mA）、數(shù)字量（RS485/MODBUS）、繼電器開關(guān)量（用于高低液位報(bào)警），滿足不同控制系統(tǒng)需求。
未補(bǔ)償時(shí)，溫度每偏差 10℃，聲速偏差約 6m/s，對(duì)應(yīng) 10m 量程的液位誤差可達(dá) ±8.8cm。
補(bǔ)償方式：通過內(nèi)置溫度傳感器實(shí)時(shí)采集溫度，代入聲速公式（v = 331.4 + 0.607×T）修正，將誤差控制在 ±0.1% 以內(nèi)。
液面劇烈晃動(dòng)會(huì)導(dǎo)致回波信號(hào)不穩(wěn)定，時(shí)間差（t）波動(dòng)。
補(bǔ)償方式：采用 “多次測(cè)量取平均值"（如 10 次測(cè)量平均）、設(shè)置 “阻尼系數(shù)"（延緩輸出變化速度），或搭配導(dǎo)波管（限制液面波動(dòng)范圍）。
選擇 “高溫探頭"（耐 150℃以上）應(yīng)對(duì)蒸汽環(huán)境；
增加探頭功率（提升發(fā)射聲波幅值）對(duì)抗衰減；
安裝防塵罩、防濺罩減少物理干擾。
蒸汽、粉塵、強(qiáng)氣流會(huì)導(dǎo)致聲波散射或衰減，回波信號(hào)變?nèi)跎踔羴G失。
優(yōu)化方式：
探頭傾斜安裝會(huì)導(dǎo)致測(cè)量距離（d）為 “斜距" 而非垂直距離，產(chǎn)生偏差。
規(guī)避方式：安裝時(shí)確保探頭與液面垂直（傾斜角度≤3°），并遠(yuǎn)離容器壁（距離≥容器直徑的 1/6），減少壁面反射干擾。
無法在真空或惰性氣體環(huán)境中使用：超聲波需空氣介質(zhì)傳播，真空環(huán)境下無信號(hào)。
不適合高粘度或易結(jié)晶介質(zhì)：若液面覆蓋厚層結(jié)晶，反射回波會(huì)被吸收，導(dǎo)致測(cè)量失效（需搭配清洗裝置）。
量程受限：空氣中超聲波衰減較快，常規(guī)型號(hào)最大量程約 50m（低頻探頭），遠(yuǎn)超此范圍需選用雷達(dá)液位計(jì)。
精度低于接觸式儀表：常規(guī)工業(yè)級(jí)超聲波液位計(jì)精度為 ±0.5%~±1% FS，低于投入式液位計(jì)（±0.1% FS），不適合高精度計(jì)量場(chǎng)景。
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