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如何根据超声波液位计回波图形判断超声波故障原因

超声波液位计有个功能是能够看到现场反射回来的超声波的波形,通过超声波液位计回波的形状可以大致判断现场的故障原因。下面润中仪表给大家讲解一下如何根据超声波液位计回波图形判断超声波液位计故障原因。

超声波液位计?
1、共振现象
超声波液位计探头跟金属的支架或者法兰连接的情况下,因为探头是在不断振动,这个振动可以传播到金属法兰上,再由金属法兰反射回来,叠在在探头上,从而形成一个较强的反射信号。会出现水池的水位只有3米,而超声波液位计上显示已经接近满量程了。
共振形成的回波信号
图1 共振形成的回波信号
在回波图形中,越靠近左边,就是越靠近探头的回波,越靠近右边就是离开探头越远的回波。左图是现场拍摄回来的超声波回波图片,右图是比较图,在右图中用方框框起来的部分是探头跟金属支架之间产生共振造成的。共振形成的波已经定格了,这样后面的反射波虽然很清晰,但是因为强度和宽度都没法跟共振形成的波比较,因此在超声波液位计上常常出现水池满了的情况。
解决了共振后的回波信号
图2 解决了共振后的回波信号
在解决了共振问题后,紧靠着左边的回波比图1明显窄了很多,这个时候真实的回波就能够被超声波液位计识别出来了。

2、液体进入了超声波液位计的盲区
液体进入超声波液位计盲区后出现的回波图
图3 液体进入超声波液位计盲区后出现的回波图
超声波液位计从探头发射面出去的部分有一个盲区,这个盲区随着有效测量距离的增大而增大。比如:5米量程的超声波液位计在20℃时候有0.50米的盲区。

右图中线圈方框框出来的就是因为盲区造成的高强度回波,线圈圆圈圈出来的是正常的回波信号,这个地方因为盲区造成的回波太强,所以后面的真实回波信号就被掩盖住了,造成测量出来的水位数据可能是任何数值。有细心的朋友可能会发现,这个进入盲区的回波有点像文章里面***个共振造成的回波图形。

大家把探头抬高安装,使***高水位到探头发射面之间的距离大于0.50米的盲区,然后大家发现在左边紧靠探头的回波变了。
超声波液位计探头抬高后的回波图
图4 超声波液位计探头抬高后的回波图

3、电磁干扰
现场的电磁干扰***主要来自于变频器、电动机、离心机等的干扰,这些干扰是很大一部分通过电网传播,一个工厂的供电系统有一台变频器就会污染整个电网。大家先看看正常的回波图:
正常的反射波信号
图5 正常的反射波信号
上面两张图是正常的超声波液位就回波图,***下面的基线,也就是从左到右这么一长条的横条,有大约4mm高度的,都比较清晰,没有毛刺,从左到右都是一样高度。图中打圈的就是反射的超声波信号,非常明显。
电磁干扰下的超声波液位计回波图形
图6 电磁干扰下的超声波液位计回波图形
上图中,左图是原图,右图用线圈出来的部分是很大的一片毛刺,是电磁干扰形成的,回波图中的没有明显的反射波,整个基线上面有很多毛刺,这就是一种电磁干扰。图中基线下面***行3个数字,第二行前2个数字都是0,表示从探头回来的波被覆盖了。

图7 变频器干扰的超声波液位计回波图形
上图中左图是原图,右边是用线圈出来的。线圈里面是一个个间距差不多的,有规律分布的波峰,这个是比较有代表性的变频器造成的电磁干扰。这里基线下面的两行数字都有数值,但是这些数值都是电磁干扰形成,没有任何意义。
 变频器干扰的回波图形
图8 变频器干扰的回波图形
上图中左图是原图,右图是用线圈出来的,右图里面方框选定的是干扰的波形,椭圆形选定的是真实回波,干扰的波形比真实回波高很多,超声波就没法识别出来。
变频器干扰的回波图形
图9 变频器干扰的回波图形

图9比较有意思,椭圆形圈出来的是真实的反射波,方框圈出来的是变频器的干扰波,虽然有变频器的干扰,但是水面的反射信号强度明显超过变频器的干扰信号,结果是现场测试数据还是对的。
强烈干扰的超声波液位计回波图形
图10 强烈干扰的超声波液位计回波图形
图10左图是强烈干扰下的回波图形,图片中从左到右都是高高的干扰波。在这样情况下,接地不能解决所有问题。这个时候就需要判断干扰是从电源部分来的,还是从空气中过来的。如果是从空气中来的电磁干扰,一般需要给仪表外面做个金属的仪表箱,同时把仪表箱接地。如果是从电缆线上过来的电磁干扰,特别是用量***多的二线制超声波液位计,可以中间加无源的信号隔离器,来解决这个干扰。
如果是四线制的仪表,那么在电源部分要加隔离电源,在4-20mA输出部分加信号隔离器。

4、接管对测量的影响
超声波液位计的探头,如果缩在接管内,因为接管对信号有放大作用,会导致一些问题。一般接管高度和接管直径是有个比例的,就是5:3。假设高度是200毫米,接管内径要在120毫米以上。
超声波液位计探头缩在接管内的回波
图11 超声波液位计探头缩在接管内的回波
上图中,回波的底部基线变得很宽,这是因为接管把信号放大造成的。圆圈圈出来的是真实的回波,方框里面是特别粗大的基线。
超声波液位计探头拿出接管后的回波
图12 超声波液位计探头拿出接管后的回波
把超声波液位计从里面拿出来之后,基线明显变小,回复正常。圆圈里面的反射波会比基线高好多。
润中仪表生产高性能超声波液位计,到产品页面结合产品深入了解超声波液位计回波和回波学些功能,对提高大家通过超声波液位计回波图形判断故障有帮助。
超声波液位计


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