Multiranger100/200故障处理

Multiranger 100/200超声波变送器是一款利用超声波原理，多用途的测量仪表。既可以用于液体和浆料的液位测量，也可以用于固体料位的测量，还可以用于明渠流量的测量，先进的泵控制等很多的应用场合。由于采用了先进的超声波测距原理，所以在产品的使用过程中就要尽量满足超声波仪表工作的基本条件。在实际的现场应用过程中，发现很多使用者，缺乏对超声波物位测量的了解，工程的设计，安装施工和使用都没有满足基本的要求，造成仪表不能达到理想的测量效果，经常出现回波丢失（LOE），测量不稳定，测量不可靠等故障。本文就对此产品遇到现场应用问题如何排除，提供一些判断方法和解决方案，并简单地介绍产品安装需要考虑和注意的地方，减少不必要的麻烦。虽然本文是针对Multiranger,但是对西门子妙声力的其他超声波物位计也具有参考价值。由于本文可能涉及一些超声波的基础概念和具有西门子妙声力超声波物位测量专利技术的相关知识，建议大家查阅相关的资料和产品的使用手册，了解更多的相关信息。

一、仪表安装要求及注意事项

1、首先仪表的长期稳定工作离不开稳定的电源供应，有些现场仪表使用不长时间，就由于供电质量原因造成仪表的损坏，所以仪表电源一定要满足技术参数的要求，以免造成不必要的损失。问题主要出现在交流供电的仪表，要求的电源技术规格为： 100－230VAC±15% ，50/60HZ。

2、安装变送器的位置需要满足仪表的环境要求，具体参数见手册。避免装在阳光爆晒的地方，要远离高压大电流的的设备及电缆、可控硅设备、变频设备及速度控制器。

3、变送器的电缆入口一定要使用电缆密封接头，正确施工，避免水和腐蚀气体的进入，没有使用的电缆入口要采取密封措施。

4、超声波探头的接线，是非常容易出问题的环节，虽然探头就有黑线，白线和屏蔽层，三根线，但是在现场施工中往往出现错误接线，导致的仪表不工作或测量不稳定。仪表的探头接线端子如下图：

由于Multiranger 根据选型，具有支持一路或两路探头的两种规格，所以现场接线时要注意，第一路探头一定要接上图的3，4，5端子，如果有第二路探头，则接1，2，5端子，探头线的黑线为“＋”，白线为“－”，屏蔽层接端子5，千万不要忘记屏蔽层的接线，也不要把屏蔽层和白线接到一起，也不要把屏蔽层接到系统接地，裸露在屏蔽层外的导线要尽量的短。要注意两路探头接线不要颠倒，特别是只支持一个探头的产品。
有些现场探头和变送器距离比较远，探头的导线需要延伸，延伸线要使用屏蔽双绞线，不要使用同轴电缆，中间接头一定要使用金属屏蔽的接线盒，保证良好的接线。

探头导线的铺设一定要采用金属穿线管，并远离高压大电流的的设备及电缆、可控硅设备、变频设备及速度控制器，以防电气干扰造成的电噪声影响。

5、探头安装位置的选择
选择合适的探头安装位置，是获得可靠回波的关键。在工程的设计阶段就要考虑，被测物料的性质和容器的形状，选择合适的探头安装方式与合适的位置。基本原则都是要保证在超声波探头的波束角内不要有任何的障碍物，因为障碍物会产生反射的假波干扰测量。要考虑探头离容器壁的合适距离，远离下料口，避开容器内的梯子，梁，等。尽量缩短安装立管的长度，立管的内壁要光滑，没有焊缝等凸起，减少立管对测量的影响。液体测量探头表面要垂直与液体表面，固体测量要选用瞄准器，探头要瞄准固体料面。

左图中：位置1，是固体测量的理想安装。位置2，离下料口太近，会受到下料的影响。位置3，安装立管太长。位置4，探头不能安装在圆弧顶或锥形顶容器的中间位置，容易产出多次反射回波。位置5，是液体测量的正确位置。

二、仪表的故障现象及排除方法：
在仪表使用过程中由于各方面的原因，可能会出现各种故障现象，影响正常的测量，不能满足工艺生产的要求，下面就把现场有可能碰到的现象加以总结，给出故障产生的原因和处理办法。

常见故障表

1、噪声问题
噪声问题会造成读数不正确，有可能是声噪声或电噪声。
超声波接收器输入存在噪声可以通过查看参数P807来确定。参数值以＃＃：＃＃显示，第一个数值是平均噪声，第二个数值是峰值噪声。通常平均噪声值是最有用的。
当没有探头时附加的噪声低于5dB。这就是经常称作的噪声地板。如果带探头的值大于5dB,就会出现信号处理问题。高噪声减小了最大测量距离。噪声和最大距离的确切关系决定于探头类型和被测物料。任何平均噪声级别大于20dB都可能是产生问题的原因，除非测量距离远远小于探头的最大测量距离。

1．1 判断噪声源
从Multiranger断开探头。如果测量的噪声低于5dB,继续下面的过程。如果高于5dB,按后面无探头噪声源处理。

1、 只把探头的屏蔽线连接到Multiranger。如果噪声低于5dB，继续下一步。如果高于5dB,按一般接线问题处理。

2、 把探头的黑线和白线接到Multiranger，记录平均噪声。
拆掉探头的正线（黑线），记录平均噪声。
重新连接正线拆掉负线（白线），记录平均噪声。
使用下表，判断相应的下一步。条件“高，低和没变化”对应前面的噪声记录。

1．2 声学噪声
为了确定是声学问题，在探头表面放几层纸板，如果噪声减小了，就可确定是声噪声。

1．3 无探头噪声源
从Multiranger分别拆掉所有的输入输出电缆，并监测噪声。如果拆掉一根电缆噪声减小，那么这根电缆可能从邻近的电气设备带进噪声。检查低压电缆的铺设不要靠近高压电缆也不要靠近产生电噪声的变频设备。
可选滤波电缆但并不推荐使用，除非没有其他办法。
Multiranger虽设计可工作在重型工业设备如变速驱动器附近，但是，还是要远离高压线和开关柜。
试着把变送器换一个地方，经常把变送器移开噪声源几米就能解决问题。也可以采用屏蔽变送器，但这是最后的手段。正确的屏蔽不但花费高而且安装也困难，屏蔽箱需要完全地包住变送器，所有的接线需要穿接地金属导管进入屏蔽箱。

1．3 一般接线问题
1) 确定探头的屏蔽线只在连接的变送器的端子，不要在任何其他地方接地。
2) 不要把探头的屏蔽线和白线连在一起。
3) 裸露的探头屏蔽线要尽量的短。
4) 探头导线和用户延伸线需要在接地的金属接线箱中连接。
西门子妙声力的探头，白线是负，黑线是正。如果延伸线的颜色不同，要保证极性的正确。
延伸线必须是屏蔽双绞线。老的Multiranger产品推荐使用同轴电缆减少噪声，现不再适用。

1．4 减少电噪声
1) 保证探头电缆不和高压大电流电缆并行。
2) 把探头电缆远离噪声源（变速驱动器）。
3) 把探头电缆穿接地金属导管。
4) 滤除噪声源。

1．5 减少声学噪声
1) 把探头远离噪声源。
2) 使用静态管。
3) 在探头和安装面之间加橡胶或泡沫的垫片。
4) 移走或隔离噪声源。
5) 改变噪声频率。Multiranger只对25KHz-65KHz的噪声敏感。

2、测量困难
如果由于测量困难，故障安全计时器P070计时满，LOE和最后的读数交替闪烁。极少情况下，Multiranger可能会锁定在假回波，出现固定或错误读数。
闪烁的LOE显示
当P805回波置信度低于阈值P804，LOE就会显示。

2．1 LOE产生的原因：

1) 回波丢失，没有高于环境噪声的回波。查看回波置信度P805和回波强度P806低。
2) 两个回波太相似不好区别。查看回波置信度P805，回波强度P806低。

如果显示LOE，检查：
1) 监测的料面在探头的最大量程内。
2) 探头类型P004和使用的探头一致。
3) 探头位置和瞄准正确。
4) 探头没有防浸没罩时，未被淹没。

2．2 调整探头瞄准器
参见探头手册的量程，安装和瞄准。为了优化性能，调整瞄准器在测量范围内所有的料位都能获得最好的回波置信度P805和回波强度P806。
检查回波最有效的方法是使用西门子妙声力的Dolphin Plus软件。

显示回波 编辑参数

在运行模式显示回波置信度
压 键保持4秒就会显示 ##：##置信度，短波发射置信度：长波发射置信度。
在编程模式，通过参数P805获得回波置信度。
在每次调整瞄准器后，更新显示值，检查置信度。
压 键5次或更多次验证稳定性。

2．3 增加故障安全计时器值
增加故障安全计时器P070值，会增加进入故障安全操作的时间。当经历很短的时间就显示LOE，可以试着增加时间。

2．4 安装窄波束的探头
有时容器壁的干扰回波会造成Multiranger读数固定在不正确的料位。更换一个长量程（窄波束）的探头，重新输入探头类型P004 ，如果必要可以调整瞄准器和频率。

2．5使用Dolphin Plus 调试回波
如果窄波束的探头也不行，使用Dolphin Plus查看回波图形，调整高级的回波处理参数。

3、固定读数
如果读数固定，和探头到物料表面的距离无关，确认：
1) 探头的声束没有被遮挡。
2) 探头瞄准正确。
3) 探头没有接触任何金属物体。
4) Multiranger工作时，搅拌器也在操作。如果搅拌器停止，保证搅拌桨片没有停在探头下面。

3．1 声束内有障碍物
检查声束内的任何障碍物，移走障碍物或改变探头安装位置。
如果障碍物不可能移开，使用Dolphin Plus 调整TVT曲线，降低障碍物反射产生回波的置信度。

3．2 立管安装
如果探头安装在立管上或立管内，要磨平管壁和开口端（连接容器一端）的所有毛刺和焊缝。如果问题依然存在，安装一个更大口径或更短的立管，底部切成斜角或45度。
参见探头的手册进行安装。
对于ST系列和XPS-10的探头使用塑料的导管/法兰适配器。
如果安装件过紧，拧松一些。过紧会改变探头的谐振特性产生问题。
设定Multiranger忽略假波
如果上述的措施还不能解决问题，需要忽略假波。
如果回波靠近探头
如果Multiranger有一个固定，不正确的高位读数，可能有很强的反射波回到了探头。如果料位始终不会到达这一点，延长盲区P800刚好超过障碍物。

3．3 调整TVT忽略假波
使用虚假回波抑制P837，P838，自动地覆盖住假波。

4、错误读数
如果读数不稳定，或经常跳到不正确的值，保证：
1) 测量表面没有超过Multiranger设置的量程或探头最大的量程。
2) 物料进料没有落入探头的声束。
3) 物料没有在探头的盲区内。

4．1 错误读数的类型
如果一个周期性的错误读数总是相同的值，参见固定读数处理。
如果错误读数是随机的，保证物料表面到探头的距离小于空值P006加上20%。如果物料或目标超出这个距离，按需要增加量程延伸P801 。这个错误在明渠流量测量堰的应用中最常见。

4．2 液体飞溅
如果被测物料是液体，检查容器内液体的飞溅。输入比较小的最大处理速度P003来稳定读数，或安装静态管。

4．3调整回波算法
使用Dolphin Plus查看回波曲线，调整回波算法参数P820 。
如果使用“Area”面积算法，回波图形上还有明显的窄的噪声毛刺，打开毛刺滤波器P821和/或窄波滤波器P822。如果真实回波有锯齿状的波峰，使用回波整形P823。
对于平的料面，如果回波图形上出现了多个回波，特别在弧形顶容器时，使用“First”首波算法。
如果回波曲线在短和长间频繁切换，调整短发射范围P852，稳定用于回波评估的发射模式。也可以增加或减少短发射偏置（给与短发射回波超过长发射回波的优先评估数量）。

5、探头的振荡
如果探头安装太紧，或探头侧面接触了其它东西，探头的谐振特性会改变导致测量问题。下图是正常的探头余振消除。

上图，由于探头安装得过紧，导致探头余振消除时间延长，如果余振的时间超过了盲区，Multiranger会把它当作料位，输出一个固定的高料位。

三、从显示信息判断故障举例

1、没有设置参数
参数还没有设置，仪表是不会工作的，上电后会显示如下：

2、等待测量结果
参数设置后，Multiranger 不会马上显示读数，需要一个发射超声波脉冲，接收处理回波的过程，这个期间显示如下图，数字“1”代表第一个通道，等待一会儿，测量值就可以显示了。

3、接线错误1
如果探头接线错误，比如黑线和白线颠倒，会出现下图的显示，提示第一路探头端子4接线错误：

4、接线错误2
如果探头没有接线或有断线的情况，会出现下图的显示,提示第二路探头端子2开路：

四、案例分析
应用场合：某钢厂使用Multiranger100 + XPS10探头测量狭窄料仓内的矿石粉，量程6米，仓体宽度只有1米左右。
故障现象：不能测量准确料位，尤其当空仓时测不到零料位。
故障分析：料仓较窄，内部结构复杂，有很多障碍物。料仓结构如下：

由于仓体狭窄，XPS-10的探头波束角为12°，造成很多的干扰回波，具体回波如下图：

仓内挡板反射的干扰波太多，Multiranger100 在回波处理的时候选择了第一个回波作为料位。

解决方案： 考虑现场的仓体狭窄，多挡板，量程L = 6 m , 参照右图进行计算： XPS-10探头的波束半径r： tan6°×6m＝0.63m XPS-15探头的波束角6°，波束半径r： tan3°×6m ＝0.314m

关键词
故障处理，超声波探头，回波，噪声，丢波，瞄准，回波算法

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