超声波液位计原理
北京正工电子科技有限责任公司是专业从事油田石化行业的原油储罐、分离罐、沉降罐、污水罐的油水界面、双液位、物位测量智能化仪器仪表,油水含量分析仪表在线/远传设备的研制、开发、生产和销售的高科技企业。公司多年来依托自己雄厚的技术力量，本着严谨敬业、勤奋务实的工作作风，精心打造出一系列高精度、高性能、高质量的物位、液位测量产品.超声波液位计
ZGL-M系列超声波物位（液位、料位）变送器，采用德国原装进口传感器，电路上采用了先进的微处理技术以及较强的回波信号接收解析技术，使本产品具有优良的稳定性、耐高低温性和耐腐蚀性；其性能可与进口产品相媲美，具有极其高的性价比，是适合国内市场的性能优良价位低廉的非接触液位测量产品。
该产品为非接触测量仪表，有很强的抗干扰能力,安装、维护、使用非常方便，更适合于环境复杂的工业现场。它采用小功率、小盲区收发型专用超声波传感器，测量精度高,运行稳定，具有温度补偿功能，物美价廉，既可测量液体物料，也可测量固体物料。ZGL高性价比两线制超声波液位变送器广泛用于密闭和敞开容器内的各种液体液位的连续测量与实时控制。基于专利技术研发的本安型产品广泛用于石油、化工等危险场合，极大地拓宽了传统超声波液位仪表的应用范围。采用杜邦特氟龙材料制作的紧致型探头无沾粘、不结垢，确保强腐蚀环境下的可靠应用。内置的高速信号分析与处理单元可自动剔除各种虚假信号和小型密闭容器内易于产生的多重回波。内置的温度补偿单元自动修正环境温度变化所产生的声速误差，确保实时测量准确无误。自动变频调谐功能使压电陶瓷始终工作在最佳谐振频率。与被测液位成正比的标准4~20mA模拟输出信号可直接与DCS、PLC、数字显示仪、记录仪等配套构成完整的液位测量和控制系统。ZGL全系列二线制超声波液位变送器包括量程分别为3米、5米、8米、10米和15米。广泛用于自来水、污水、石油、化工、冶金、电力、食品、制药、造纸等行业各种密闭或敞开容器内的各种液体液位或固体料位的连续测量与实时控制。
产品特点：
1、在线自校正功能
2、环境温度测量补偿
3、液位、距离互换功能
4、智能信号处理技术，可适应多种工况环境
5、24VDC工业标准供电
6、标准螺纹结构，便于安装
7、大规模集成电路与模块化设计相结合，减少分立元件，提高设备可靠性
8、一体化设计，外形小巧
9、实用美观，成本低廉
技术参数：
输入
测量范围
0.3-2、4、6、8M
频率40khz
输出
-mA4-20mA
-精度≥0.5%FS
-测量范围24VDC750Ω
供电
供电电压24VDC(18-30VDC)
最大电能消耗3W(125mA,24VDC)
精度
测量误差满量程的0.5%（空气中）
分辨率≤3mm
温度补偿内置
额定操作条件
波束角13°
环境条件
位置室内/室外
高度2000m以内
最大压力正常大气压
环境温度-10-80℃
相对湿度0-100%
防护等级IP65
安装等级II
污染等级4
防腐等级防水
设计
材料
-外壳工程塑料
-传感器陶瓷
工艺连接
-螺纹外直管螺纹M42*1.5
-法兰选配
-其他用户提供的安装支架
超声波液位计原理
超声波液位计/物位计的测量原理、特点
1测量原理
原理
超声波物位计的工作原理是由换能器（探头）发出高频超声波脉冲遇到被测介质表面被反射回来，部分反射回波被同一换能器接收，转换成电信号。超声波脉冲以声波速度传播，从发射到接收到超声波脉冲所需时间间隔与换能器到被测介质表面的距离成正比。此距离值S与声速C和传输时间T之间的关系可以用公式表示：S=CxT/2。
由于发射的超声波脉冲有一定的宽度，使得距离换能器较近的小段区域内的反射波与发射波重迭，无法识别，不能测量其距离值。这个区域称为测量盲区。盲区的大小与超声波物位计的型号有关。
特点
由于采用了先进的微处理器和独特的EchoDiscovery回波处理技术，超声波物位计可以应用于各种复杂工况。换能器内置温度传感器，可实现测量值的温度补偿。
超声波换能器采用最佳声学匹配之专利技术，使其发射功率能更有效地辐射出去，提高信号强度，从而实现准确测量。
超声波液位计/物位计安装要求。
安装要求：
换能器发射超声波脉冲时，都有一定的发射开角。从换能器下缘到被测介质表面之间，由发射的超声波波束所辐射的区域内，不得有障碍物，因此安装时应尽可能避开罐内设施，如：人梯、限位开关、加热设备、支架等。另外须注意超声波波束不得与加料料流相交。
安装仪表时还要注意：最高料位不得进入测量盲区；仪表距罐壁必须保持一定的距离；仪表的安装尽可能使换能器的发射方向与液面垂直。
超声波测距原理
超声波测距的原理是利用超声波在空气中的传播速度为已知，测量声波在发射后遇到障碍物反射回来的时间，根据发射和接收的时间差计算出发射点到障碍物的实际距离。由此可见，超声波测距原理与雷达原理是一样的。
测距的公式表示为：L=C×T
式中L为测量的距离长度；C为超声波在空气中的传播速度；T为测量距离传播的时间差(T为发射到接收时间数值的一半)。
超声波测距主要应用于倒车提醒、建筑工地、工业现场等的距离测量，虽然目前的测距量程上能达到百米，但测量的精度往往只能达到厘米数量级。
由于超声波易于定向发射、方向性好、强度易控制、与被测量物体不需要直接接触的优点，是作为液体高度测量的理想手段。在精密的液位测量中需要达到毫米级的测量精度，但是目前国内的超声波测距专用集成电路都是只有厘米级的测量精度。通过分析超声波测距误差产生的原因，提高测量时间差到微秒级，以及用LM92温度传感器进行声波传播速度的补偿后，我们设计的高精度超声波测距仪能达到毫米级的测量精度。
超声波测距误差分析
根据超声波测距公式L=C×T，可知测距的误差是由超声波的传播速度误差和测量距离传播的时间误差引起的。
时间误差
当要求测距误差小于1mm时，假设已知超声波速度C=344m/s(20℃室温)，忽略声速的传播误差。测距误差s△t
在超声波的传播速度是准确的前提下，测量距离的传播时间差值精度只要在达到微秒级，就能保证测距误差小于1mm的误差。使用的12MHz晶体作时钟基准的89C51单片机定时器能方便的计数到1μs的精度，因此系统采用89C51定时器能保证时间误差在1mm的测量范围内。
超声波传播速度误差
超声波的传播速度受空气的密度所影响，空气的密度越高则超声波的传播速度就越快，而空气的密度又与温度有着密切的关系，如表1所示。
已知超声波速度与温度的关系如下：
式中：r—气体定压热容与定容热容的比值，对空气为1.40，
R—气体普适常量，8.314kg·mol-1·K-1，
M—气体分子量，空气为28.8×10-3kg·mol-1，
T—绝对温度，273K+T℃。
近似公式为：C=C0+0.607×T℃
式中：C0为零度时的声波速度332m/s；
T为实际温度(℃)。
对于超声波测距精度要求达到1mm时，就必须把超声波传播的环境温度考虑进去。例如当温度0℃时超声波速度是332m/s,30℃时是350m/s，温度变化引起的超声波速度变化为18m/s。若超声波在30℃的环境下以0℃的声速测量100m距离所引起的测量误差将达到5m，测量1m误差将达到5mm。