FMU90-N11CA111AA1A E+H超声波物位变送器技术详解
FMU90-N11CA111AA1A E+H超声波物位变送器技术详解
一、产品概述
FMU90-N11CA111AA1A是 Endress+Hauser (恩德斯豪斯) 公司生产的 Prosonic S 系列超声波物位变送器，采用飞行时间测量原理 (TOF)，专为工业物位测量设计，可与FDU90/91/91F/92/93/95 系列超声波传感器配套使用，实现液体、浆料、粉料等介质的非接触式连续物位测量。
核心参数：
测量范围：取决于传感器型号，可达70 米(空气介质)
测量精度：±2mm + 测量距离的 0.17%
重复性：±1mm
响应时间：≤8 秒 (可调)
工作温度：-40℃~60℃(变送器)，-40℃~85℃(传感器)
防护等级：IP66/IP67
输出信号：2×4-20mA HART 或 Profibus DP (取决于型号)
电源：24V DC (二线制 / 四线制)
显示：6 行纯文本显示，15 种语言可选，带包络线显示功能
二、测量原理与功能特点
1. 测量原理
FMU90-N11CA111AA1A 通过超声波换能器发射高频声波 (通常 40kHz)，声波传播至被测介质表面后反射，变送器测量声波往返时间，结合温度补偿计算出实际距离，进而转换为物位值：
物位 = 空高 - (声速 × 传播时间 / 2)
2. 核心功能特点
功能 描述
自动回波分析 "回波学" 功能识别真实回波，排除干扰信号，确保测量准确性
温度补偿 内置温度传感器或外接 Pt100 传感器 (可选)，实时校正声速
线性化 最多 32 点自定义线性化，将测量值转换为长度、体积或流量
多级控制 最多 6 路继电器输出，用于报警、泵控制或流量脉冲输出
诊断功能 现场包络线显示，快速识别测量干扰或故障
通信协议 支持 HART、Profibus DP 或 IO-Link，便于系统集成
菜单操作 直观 6 行文本菜单，按键或 FieldCare 软件操作
三、E+H超声波物位变送器型号解析
FMU90-N11CA111AA1A型号各部分含义：
FMU90：Prosonic S 系列超声波物位变送器基本型号
N：电源类型 (24V DC 二线制)
11：通信类型 (HART 协议)
C：外壳类型 (现场安装型)
A：显示类型 (带就地显示)
111：功能选项 (标准功能)
AA：认证类型 (标准认证)
1A：其他选项
四、安装调试全流程
1. 安装前准备
工具与材料清单：
扳手 (用于传感器安装)
万用表 (测量电源和信号)
屏蔽电缆 (2×AWG 22-16，用于信号传输)
电缆固定夹和防水接头
安装支架 (根据现场情况选择)
水平仪 (确保安装水平)
环境检查：
确认安装位置温度在 - 40℃~60℃范围内
避开强电磁场干扰源 (如电机、变频器)
确保探头与被测介质间无障碍物
考虑介质特性 (粉尘、蒸汽、腐蚀性等) 对测量的影响
2. 传感器安装步骤
安装方式选择：
安装方式 适用场景 要点说明
顶部安装 储罐、反应釜 探头垂直向下，确保波束覆盖整个液面
侧面安装 大直径储罐、料仓 探头倾斜 15°~30°，避免底部反射干扰
管道安装 明渠、堰槽流量测量 探头对准流体表面，避免湍流区域
具体操作步骤：
确定安装位置：
液体测量：距罐壁≥(1/4) 罐径，避开搅拌器、进料口
固体测量：确保波束路径无障碍物，距料面垂直距离≤量程
固定传感器：
通过法兰或螺纹连接固定
使用水平仪校准，确保探头垂直 (顶部安装时)
扭矩控制在规定范围内，避免损坏螺纹
线缆连接：
信号线与电源线分开布线，间距≥1 米，避免干扰
使用屏蔽电缆，屏蔽层单端可靠接地
线缆穿管保护，防水接头密封良好
3. 变送器安装与接线
变送器安装：
可选择现场壁挂或控制柜 DIN 导轨安装
确保通风良好，远离热源
便于操作显示面板和接线
电气连接 (关键步骤)：
连接类型 说明
电源连接 二线制：L + 接 24V DC 正，M 接 24V DC 负
四线制：V+、V - 接电源；I+、I - 接负载
传感器连接 通过专用电缆连接变送器和传感器，确保极性正确
输出连接 4-20mA 输出接控制系统输入，确保负载≤500Ω
通信连接 HART 通信需并联 250Ω 电阻；Profibus 需终端电阻
4. 参数设置与调试
操作界面说明：
三个按键：上 (▲)、下 (▼)、确认 / 菜单 (OK)
显示区域：6 行文本显示，可显示测量值、菜单和诊断信息
基本参数设置流程：
开机与自检：
接通电源，等待仪表自检完成 (约 30 秒)
观察显示是否正常，无报警信息
菜单导航：
按 OK 键进入主菜单
使用▲/▼键选择菜单项目，按 OK 键进入子菜单
按▲/▼键修改参数，按 OK 键保存并返回
基本参数配置：
plaintext
菜单路径：设置→基本设置→
1. 测量单位(选择m、cm、ft等)
2. 阻尼时间(建议3-5秒，减少波动)
3. 显示语言(选择中文或英文)
4. 位号标记(输入仪表位号，便于识别)
菜单路径：设置→测量设置→
1. 空高(E值)：输入探头到0%物位的距离
2. 满量程(F值)：输入探头到100%物位的距离
3. 输出范围(4-20mA对应0-100%物位)
高级功能设置 (可选)：
plaintext
菜单路径：设置→功能设置→
1. 继电器设置(最多6个)：
- 选择功能(高报、低报、泵控制等)
- 设置阈值和回差(避免频繁动作)
- 选择输出模式(常开/常闭)
2. 线性化设置(如需流量计算)：
- 选择线性化类型(线性、开方等)
- 输入线性化点(最多32点)
5. 功能测试与校准
基本测量功能测试：
在容器中注入已知高度的液体
观察仪表显示值与实际值的偏差 (应 <±2mm+0.17% 测量距离)
缓慢改变液位高度，验证输出信号 (4-20mA) 与液位变化是否线性
开关功能验证：
将液位升至高于高报设定值，检查对应继电器是否动作
将液位降至低于低报设定值，检查对应继电器是否动作
记录实际动作点与设定值的偏差 (应 <±1mm)
模拟量输出校准：
使用标准电流表测量输出电流
在 0% 液位时，输出应为 4mA (±0.08mA)
在 100% 液位时，输出应为 20mA (±0.08mA)
如有偏差，进入 "校准" 菜单进行调整
五、常见故障排除
故障现象 可能原因 解决方法
无显示 电源故障、接线错误 检查电源电压、极性和保险丝
显示不稳定 干扰、阻尼太小 检查屏蔽、增加阻尼时间 (≥3 秒)
测量偏差大 安装位置不当、回波干扰 调整安装位置，启用回波抑制功能
继电器误动作 回差太小、干扰 增加回差 (≥2%)，调整测量参数
通信故障 接线错误、协议不匹配 检查通信线路，确认协议设置正确
无回波信号 探头方向错误、介质吸收 调整探头角度，检查介质特性
六、维护与保养建议
日常维护：
定期清洁探头表面 (每月一次)，避免粉尘或冷凝物影响测量
检查接线端子是否松动，确保防水密封良好
观察显示有无报警信息，及时处理
周期性校准：
建议每 6-12 个月进行一次校准验证
重新确认空高和满量程值
检查输出信号精度
长期停用：
断开电源和信号线
保护探头不受机械损伤
存放于干燥、温度适宜的环境
七、总结与应用建议
FMU90-N11CA111AA1A超声波物位变送器凭借其高精度、非接触测量、多功能输出和强大诊断能力，广泛应用于化工、水处理、食品饮料、制药等行业的物位监控。
关键应用场景：
储罐液位连续测量与控制
明渠、堰槽流量测量
料仓料位监控
危险或腐蚀性介质测量 (无需接触)
泵的自动启停控制
选型与应用建议：
根据测量范围选择合适的传感器 (FDU 系列)
考虑介质特性选择适当的探头材质和安装方式
根据控制系统需求选择通信协议
安装时确保波束路径无障碍物，避开干扰源
