基尔中国 什么是超声波液位计?

一、核心工作原理

超声波液位计基于回声测距法工作，其测量过程可分为四个关键步骤：

信号发射：仪表的换能器（核心部件）向被测介质表面发射高频超声波脉冲（通常频率为20kHz-200kHz）。

信号传播与反射：超声波在空气中传播，遇到液体或固体表面时发生反射，形成回声信号。

信号接收：同一换能器接收反射回来的回声信号，并将其转换为电信号。

距离计算：仪表内部处理器根据声波传播时间差（Δt）和已知的声速（v），通过公式 液位高度 = 仪表安装高度 - (v×Δt)/2 计算出实际液位。

声速补偿机制：由于声波在空气中的传播速度受温度影响（温度每升高1℃，声速增加约0.6m/s），现代超声波液位计通常内置温度传感器，实现实时温度补偿，确保测量精度不受环境温度变化影响。

二、主要类型与结构组成

1. 类型分类

一体式超声波液位计：探头与外壳集成在一起，安装简便，适合中小型容器。

分体式超声波液位计：探头与主机分离，通过线缆连接，适合高温、强腐蚀等恶劣环境。

外贴式超声波液位计：无需容器开孔，通过磁吸盘或胶粘方式固定探头，特别适用于腐蚀性、易燃易爆介质。

二线制超声波液位计：简化接线，但无法加装继电器，不能实现液位报警功能。

2. 核心结构

超声波液位计主要由以下五个关键部分组成：

超声波换能器（探头）：负责发射和接收超声波，材质多样（ABS、PVC、不锈钢、PTFE等），适应不同工况。

信号处理单元：对回声电信号进行放大、滤波和分析，包含时间测量模块、声速补偿模块和干扰模块。

显示与操作单元：通常配备LCD液晶显示屏和操作按键，用于显示测量数据和设置参数。

输出与通信单元：提供多种输出方式，包括4-20mA模拟信号、RS485数字通信、继电器输出等。

电源单元：提供稳定电力，常见供电方式为DC24V或AC220V。

三、关键性能参数

量程范围：常规产品量程为0.1-30米，部分工业级产品可达50米。

盲区：探头下方无法测量的区域，通常为0.1-1米（量程小则盲区小，量程大则盲区大）。

测量精度：在常温常压及不受外部环境干扰情况下，精度一般可控制在0.25%-0.5%范围内。

防护等级：主机通常为IP65，探头可达IP67或IP68，适应户外和恶劣环境。

工作温度：常规产品工作温度范围为-20℃～+80℃，部分特殊产品可扩展至-50℃～+100℃。

分辨率：通常为1mm（量程≤15m）或1cm（量程>15m）。

四、应用优势与局限性优势

非接触式测量：探头不与被测介质直接接触，避免了介质腐蚀、粘稠物附着、堵塞等问题，特别适合测量腐蚀性液体（如酸碱溶液）、粘稠液体（如原油、糖浆）或粉尘状固体（如面粉、水泥）。

安装维护简便：无需在容器底部或侧面开孔，仅需安装在顶部，减少设备改造成本，后期维护仅需清洁探头。

适用场景广：可适配敞口罐、密闭罐、槽体等多种容器，满足水、化工、食品等多行业的液位测量需求。

抗干扰能力较强：对介质颜色、透明度、导电性无要求，通过温度补偿和滤波算法减少环境影响。

局限性

受环境影响：强气流、蒸汽、泡沫、粉尘会干扰声波传播，导致测量不准或信号丢失。

盲区限制：探头下方一定距离内无法测量，需预留足够空间。

不适用于特殊介质：若介质表面存在剧烈波动、泡沫层（泡沫会吸收超声波），或容器内有障碍物遮挡信号，可能无法正常测量。

环境限制：不能在真空状态下工作（超声波需要介质传播），高压环境也会影响测量精度。

五、典型应用场景

水处理行业：监测清水池、污水池、沉淀池的液位，联动水泵启停，防止溢流或干涸。

石油化工行业：测量储罐内原油、润滑油、化工溶剂的液位，确保生产安全和原材料适当存储。

食品与饮料行业：监测糖浆、果汁、乳制品等卫生级介质的液位，避免污染，实现自动化控制。

环保行业：用于污水处理、垃圾处理等过程中的液位监测，确保设备正常运行。

建筑与土木工程：在混凝土浇筑等施工中，通过监控水位变化确保工程质量 。

船舶与海洋工程：监测船舱、油舱、淡水舱等的液位，确保航行安全。

六、选型与安装注意事项

量程选择：应根据实际测量范围选择合适的量程，必须留出50公分的余量，确保MAX液位低于盲区。

安装位置：

传感器发射面到MIN液位的距离应小于仪表量程

传感器发射面到MAX液位的距离应大于仪表盲区

传感器应垂直于液体表面安装，避免与容器壁或障碍物接触

环境适应：

避开液面剧烈波动区域（如进、出料口）

保持与器壁至少0.3米以上的距离

避免声波波束范围内有障碍物（如扶梯、管路、搅拌器）

特殊工况处理：

在寒冷地区使用时，可选配严寒自适应功能

在有泡沫的场合，可启用虚假回波学习功能

在真空或高压环境下，应考虑其他测量方式

超声波液位计凭借其非接触、高精度、易维护的核心优势，已成为中短量程液位测量的主流选择，但其应用需避开高粉尘、强干扰的极端环境，合理选型和正确安装是确保测量精度的关键。