超声波基础v10

01/04/2011XingengLiSlide1超声波物位计基础01/04/2011ToF基础XingengLiSlide2内容介绍测量原理超声波物位计的型号及参数现场安装注意事项应用举例要求掌握的内容①超声波物位计的测量原理②产品的型号，及相应的特点与区别③主要的应用场合④根据实际的工况进行选型01/04/2011ToF基础XingengLiSlide3超声波物位计01/04/2011ToF基础XingengLiSlide4测量原理01/04/2011ToF基础XingengLiSlide5超声波基础超声波是频率超出人耳听觉的上限（约20kHz）的声波，是一种听不到的声波。在19世纪末，科学家就已经开始对超声波进行研究了。早在1794年，意大利的生物学家LazzaroSpallanzani就已经发现蝙蝠是利用一种听不见的声波来在黑暗中定位的。20Hz20kHz20MHz次声波声波超声波01/04/2011ToF基础XingengLiSlide6超声波基础1914年，CanadianReginaldFessenden在美国发明了最早的声纳。1942年，奥地利医生杜西克首次利用超声波原理来进行脑部扫描。直到20世纪80年代，超声波原理才开始在工业上用于对物位的测量。01/04/2011ToF基础XingengLiSlide7超声波基础超声波物位测量所利用的两个主要性质：01/04/2011ToF基础XingengLiSlide8超声波的传播超声波的传播依赖于介质的存在气体、液体或固体不同介质中的传播速度不同气体液体固体超声波在理想气体中的传播速度只受到温度的影响现实中，声速也会受到气压的影响01/04/2011ToF基础XingengLiSlide9超声波的传播——能量的损耗超声波传播时会因介质产生损耗。距离越长，能量越小。空气中存在粉尘颗粒、小液滴时，一部分能量被散射。超声波具有一定的波束角，传播距离越远，单位面积上的能量越小距离01/04/2011ToF基础XingengLiSlide10超声波的反射当超声波遇到界面时会发生反射声阻抗：声阻抗主要与介质的密度有关声波在密度不同的界面上发生反射两种介质的密度差（）越大，反射越强vZ01/04/2011ToF基础XingengLiSlide11超声波的反射常见介质的密度当在空气中传播的超声波遇到液体或固体的表面时，由于密度差别很大，声波几乎全部被反射回去介质（液体）密度（kg/m3）汽油700乙醚710石油760酒精790煤油800苯880植物油920水1000介质（固体）密度（kg/m3）聚丙烯870聚乙烯900PET树脂1400铝2700煤7000铁7800铜8900铅11300空气：1.23kg/m301/04/2011ToF基础XingengLiSlide12超声波的产生和接收——压电效应最早由皮埃尔·居里和雅克·居里兄弟发现压电效应：某些物质在受到压力产生变形的时候，其表面上会产生积聚的电荷逆压电效应：在压电材料表面施加电压，压电材料会产生机械形变表面没有电荷表面与内部的电荷极性相同表面与内部的电荷极性相反01/04/2011ToF基础XingengLiSlide14超声波探头结构压电晶体压电晶体基底传感器外壳；将传感器整体封装，无需密封将膜片振动与外界隔离声抗耦合材料01/04/2011ToF基础XingengLiSlide15超声波探头的盲区同一块压电晶体既负责超声波的发射，也负责接收因此，在发射状态与接收状态之间，需要一段时间使得压电晶体从振荡状态恢复到静止状态，然后才能开始接收反射的超声波信号根据ToF的原理，这段时间代表了空间的一段距离，即盲区在盲区内，超声波物位计是不能进行测量的01/04/2011ToF基础XingengLiSlide16传感器探头输出/显示模块去往上位机电子模块超声波信号将测量值转换为输出信号超声波物位计的组成信号强度/时间信息各种补偿算法生成波形图（包络线）各种分析算法，确定回波物位值计算线性化计算……01/04/2011ToF基础XingengLiSlide17仪表型号及参数01/04/2011ToF基础XingengLiSlide18超声波物位计的分类一体化变送器分体式变送器01/04/2011ToF基础XingengLiSlide19型号FMU301.5”FMU302”FMU40FMU41FMU42FMU43FMU44最大量程（液体）5m8m5m8m10m15m20m最大量程（固体）2m3.5m2m3.5m5m7m10m盲区0.25m0.35m0.25m0.35m0.4m0.6m0.5m精度±3mm(0.2％)±2mm(0.2％)±4mm(0.2％)最大耐温+60°C+80°C最大耐压3bar2.5bar输出4～20mAHART,PROFIBUSPA,FF一体式超声波物位计01/04/2011ToF基础XingengLiSlide20型号FDU90FDU91FDU91FFDU92FDU93FDU95FDU96最大量程（液体）3m10m10m20m25mN/AN/A最大量程（固体）1.2m5m5m10m15m45m70m盲区0.07m0.3m0.3m0.4m0.6m0.7m1.6m精度±2mm(0.17％)最大耐温+80°C+105°C+95°C+150°C最大耐压4bar3bar1.5bar3bar防护等级IP68分体式超声波物位计——探头01/04/2011ToF基础XingengLiSlide21分体式超声波物位计——变送器型号FMU90FMU95探头数量2个10个输出4～20mAHARTPROFIBUSDPRelayPROFIBUSDP01/04/2011ToF基础XingengLiSlide22价格性能ProsonicT两线，连续测量或开关最大测量距离7m价格低廉ProsonicM两线或四线最大测量距离15m菜单引导式操作现场显示可观察回波曲线带HART,PA,FF通讯协议免费提供ToF-Tool调试软件Prosonic四线分体式最大量程70米可最多配五路继电器输出双通道OCMpreprogrammed专门针对水/污水行业所设计的功能（明渠、隔栅）可选配HART,DP,RS485接口可用COMMUWINIIE+H超声波物位仪表的特点----针对不同行业的清晰定位01/04/2011ToF基础XingengLiSlide24应用01/04/2011ToF基础XingengLiSlide25超声波物位计的特点（相对于接触式测量）非接触式测量安装简单不受介质粘附的影响不怕罐内的搅拌测量距离长01/04/2011ToF基础XingengLiSlide26影响超声波物位计测量的因素接收的信号强度声速传播时间的确定虚假信号01/04/2011ToF基础XingengLiSlide27影响测量的因素——信号强度超声波的能量：粘附，冷凝实际测量距离：传播中的衰减：粉尘，蒸汽介质表面情况：泡沫、颗粒大小波动表面，安息角01/04/2011ToF基础XingengLiSlide28影响测量因素——声速理想气体中的声速只和气体的温度有关：空气在压强较低时近似为理想气体，无需压力补偿MTRcideal01/04/2011ToF基础XingengLiSlide29影响测量的因素——介质表面情况（传播时间）介质表面情况平静表面波动/搅拌泡沫固体颗粒安息角01/04/2011ToF基础XingengLiSlide30影响测量因素——虚假回波罐壁上的障碍物多重回波01/04/2011ToF基础XingengLiSlide31安装注意事项——罐顶安装位置盲区避开罐内的障碍物/进料口不能装在罐顶的中心处不能距离罐壁太近理想安装位置：距离罐壁1/6直径01/04/2011UltrasonicmeasurementMoellerAndreasSlide32Levelmeasurementinfat/oilmixtureViewinsideemptytankFMU90RequirementsFat/oilmixtureforcoatingprocessinfoodindustryTankwithconicalceilingandagitatorHeight6m/19.7ftDiameter3m/9.8ft220rpmProcesstemperature60°C/140°FAmbienttemperature60°C/140°FAtmosphericpressureSolutionProsonicSFMU90fieldhousingandFDU91sensorApplicationsFDU9101/04/2011UltrasonicmeasurementMoellerAndreasSlide33LevelmeasurementinyoghurtproductionRequirementsTankintheyoghurtproductionwithfruitmixCIPat+135°C/+275°FPressureabs.1.5bar/22psiTriclampconnectionSolutionProsonicSwithfullyweldedstainlesssteelsensorFDU91FEmptytankEchoesfromcone~2.55m/8.4ft~1.25m/4.1ft~0.55m~1.8ftApplications01/04/2011UltrasonicmeasurementMoellerAndreasSlide34LevelmeasurementinindustrialwastewatertankRequirementsWastewatermixtureoutofsodiumhydroxide,sulfuricacid,textilecolorandwaterHorizontaltankLength5m/16.4ftDiameter3.5m/11.5ftProcesstemperature20…70°C/68…158°FAmbientpressureSolutionProsonicSwithtop-hatrailhousingandFDU91sensorFDU91Applications01/04/2011UltrasonicmeasurementMoellerAndreasSlide35LevelmeasurementinstormwaterbasinRequirementsLevelmeasurementinastormwaterbasinControlandrecognitionoftheoverloadamounttothesewagetreatmentplantSolutionProsonicSwithFDU91sensorandmountingangleFlood-proofsensoraccordingtoIP68/NEMA6PApplications01/04/2011UltrasonicmeasurementMoellerAndreasSlide36ParshallflumeRequirements9“ParshallflumewastewateratmosphericpressurerelayforflowpulseoutputSolutionProsonicS–FMU90transmitterwithtop-hatrailhousingandFDU91sensorApplications01/04/2011UltrasonicmeasurementMoellerAndreasSlide37FlowmeasurementinopenchannelsRequirementsF