超声波浓度密度仪.

超声波浓度密度分析仪

主要特点

◆采用超声波测量技术，不受流态和环境因素影响；

◆实时浓度和密度测量，快速灵敏；

◆内置温度测量和补偿的高精度测量；

◆与液体接触部分采用不锈钢材质；

◆没有可动部件，低维护和长寿命；

◆满足最恶劣现场要求的坚固结构和防爆防护等级；

◆内建自诊断和报警功能，帮助快速确定仪表故障；

◆16位精度4~20mA模拟输出，SPST继电器输出；

◆2线RS-485物理接口，

◆可选ModBus-RTU或Profibus-DP通讯协议；

◆多种传感器规格，满足各种应用要求；

◆带提示功能的操作界面，易于使用；

◆图示和文本显示方式，可以显示浓度或密度变化历史

和多种数据的实时值。

主要应用

用于化工、石化、纺织、半导体、钢铁、食品、饮料、制药、酒厂、造纸、环保等行业。主要测量下列介质的浓度或密度以

及有关监测控制：

◆酸碱盐类；

◆化工原料和各类油品；

◆果汁、糖浆、饮料、麦芽汁；

◆各种酒类及制酒原料；

◆各类添加剂；

◆油品和物料输运切换；

◆油水分离和测量；

◆各类主辅料组分监控。

美国FIL公司的F2000系列超声波浓度密度分析仪，采用超声波原理并综合多项检测技术的精密仪表。超声波检测不受介质的浊度、色度及电导率的影响，也不会受流态及杂质的干扰，内置高精度的热电阻测温元件和耐用的传感器设计保证仪表的实时精确测量。仪表调整简单、操作方便，是一款非常易用的仪表。

工作原理

超声波信号发射和接收

超声波探头发射一束超声波信号后，信号通过一定浓度的液体后到达对面的反射面，之后信号从反射面返回。此时探头转为信号接收状态，以此测定超声波信号传输的总时间，信号传输的距离为2倍间距(2L)。距离除以时间即为超声波声速。超声波衰减与浓度密度的关系

在一定的浓度或密度范围内，超声波信号在液体介质中的传播速度(v)是浓度或密度(c)和温度(t)的函数，如图所示。

几种不同声速的介质混合后，声速和浓度之间就存在一定的确定关系。经过标定和温度补偿之后，超声波浓度密度分析仪就能精确地测量多组分液体介质的浓度。相同的原理，声速和密度之间同样高度相关，因此也就可以精确地测量单组分或多组分液体介质的密度。

技术规格

浓度精度：±0.05%

密度精度：±0.05%

声速范围： 300m/s ~ 3000m/s

声速精度： 0.002m/s

介质温度： -20℃ ~ +150℃

温度精度： 0.1℃

工作压力：≤4.0MPa

环境温度： -30℃ ~ +50℃

相对湿度： 0 ~ 98%(非凝结)

防护等级： IP66

防爆等级： Ex dⅡBT4

显示： 128x64点

图形LCD

模拟输出： 4 ~ 20mADC,最大

750Ω负载

继电器： 1组 SPST触点

(0.5A 60VDC/60VAC)

通讯： RS-485

物理接口,

可选ModBus-RTU或Profibus-DP协议

供电电源： 24VDC或12VDC

电源消耗：≤5W

显示和操作

测量显示

浓度分析仪工作时，有文本和图形两种显示模式。

文本显示模式下，实时的浓度或密度、超声波声速和温度值分三行显示在屏幕上。

图形显示模式下，浓度或密度值是以图示的形式显示在屏幕上，这种模式可以直观地观察到浓度或密度的变化和历史情况。同时，实时的声速和温度值也显示在屏幕上。

键操作和参数设置

超声波浓度分析仪的面板上有3个操作键，仪表的所有操作都可以通过对这三个键的操作来实现。

浓度分析仪的键操作不需要打开仪表壳体，在仪表正面的玻璃上，使用随表附带的磁笔对准操作键的位置点击即可。

F2000系列超声波浓度密度分析仪应用

浓度密度分析仪安装

F2000系列超声波浓度密度分析仪根据不同的应用，其探头有多种安装型式。以下是几种典型的安装。

①.探头安装于容器上②.探头安装在水平管道上③.探头安装在垂直管道上

电气接线

超声波浓度密度分析仪选型浓度密度分析仪选型表

浓度密度分析仪选型举例

超声波浓度密度分析仪型号：F2000-d100A2-H1M1

上述型号表示：在线超声波浓度密度分析仪；100mm间距传感器；法兰安装方式；传感器材质：316不锈钢；供电电压：DC24V；带LCD图形显示器；输出：4～20mA, 继电器, RS485(ModBus-RTU)；Ex dIIBT4隔爆型。

基于超声波回波衰减理论的超声波浓度计设计

1、理论分析

超声波在悬浮液中传播时，与悬浮粒子相遇的超声波在界面被散射衰减，其余部分入射到粒子内被吸收衰减，接触界面的超声波又受到粘滞衰减，最后到达接收端。各种衰减的机理是很复杂的，但都是由悬浊粒子所引起，并与悬浊粒子的数目成比例，故在一定条件下衰减是和浓度成比例的，测知悬浮液的声衰减系数，就能求出浓度。设液体中有悬浮粒子时的衰减率和接收电压分别为（a0+ax）和E。液体中没有悬浊粒子时的衰减率和接收电压分别为a0和E0，发射、接收端之间的距离为L，发射电压为Er，则：

根据上述两个公式，悬浊粒子引起的衰减率可由ax=（lnE0-lnEx）／L求得。

由接收探头接收到的声波幅度将随悬浮液浓度的增加而衰减，声波幅度转换成的电压值也随浓度的增加而衰减，该浓度一电压衰减曲线经过标定后，即可从测量电压得到浓度值。

2、硬件设计

如图1所示，整个系统以超声波发射和接收电路为核心，采用直接数字频率合成芯片AD9833产生脉冲串，经过功率放大电路驱动超声波换能器，超声波经过悬浊液到达接收换能器，利用92dB对数放大器AD8307对回波衰减信号进行对数放大，最后由微控制器对数据进行处理得出浓度值。系统还包括键盘、显示、参数存储、开关量输出、继电器输出、电流输出、UART 通信等部分。

2．1、主控芯片电路

本系统以美国Silab的高速混合信号ISPFlash微控制器C8051F021为核心。衰减法超声波浓度计在超声波发射和接收的时序上需要精确的控制，这不仅需要处理器的速度快，而且需要多个定时器；由接收单元返回的是低于2．5V的电压信号，需要经过精确的A／D采集转换成数字信号传递给CPU处理。C8051F021的特点如下；

①高速、流水线结构的8051兼容的CIP-51内核（可达25MIPS）。

②12位的片上SARADC，可编程转换速率，最大100kbps，可编程放大器增益。

③4352字节内部数据RAM，64KBFlash存储器；可以在系统编程。

④5个通用16位计数器、定时器阵列，硬件SMBus、SPI及2个UART串口。

⑤功耗低（10mA@20MHz），多种节电休眠和停机方式。