先把距離 液位與盲區分開
超音波感測器量到的是換能器面到反射面的聲程距離，不是直接量到桶內液位。只有在感測器基準面、桶底高度與液面都已定義，才可以用液位高度等於基準高度減去距離。盲區是發射後接收器尚未恢復、不能可靠量測的近端範圍；距離落入盲區時，數值可能跳動、保持舊值或沒有有效回波，不能把它當成零距離。實際工程仍要以選定型號的資料表與現場反射條件為準。
下面建立一個只用於教學計算的圓桶。桶內徑600毫米、桶底到桶口800毫米，感測器垂直安裝，換能器基準面距桶底900毫米。假設資料輸入表所選型號的盲區為80毫米，先以平整液面、無攪拌、感測器正對中心作理想幾何估算。這些80毫米與900毫米是案例假設，不是任何廠牌的通用規格。
| 狀態 | 液位 mm | 距離 mm | 換算液位 mm | 判斷 |
|---|---|---|---|---|
| 空桶 | 0 mm | 900 mm | 0 mm | 須驗證桶底能形成有效回波 |
| 半桶 | 400 mm | 500 mm | 400 mm | 作為中點核對距離與液位 |
| 滿桶 | 800 mm | 100 mm | 800 mm | 只剩20 mm近端裕量，須重評估 |
表中的滿桶點雖然數學上落在盲區之外，實務上仍很危險。液面波動、安裝偏差、溫度造成的聲速變化，以及感測器本身的近端過渡區，都可能讓100毫米回波變得不穩。若產品資料表的可用起始距離大於80毫米，滿桶點甚至已經不在規格內；設計時應把感測器抬高、改用適合近距離的型號，或重新定義滿位，不應在程式中把超近端數值硬夾成滿位。
用半角與全角估算波束足跡
波束角的寫法必須先看資料表定義。若資料表給的是全角10度，中心線兩側各是半角5度；距離d處的理想足跡直徑可用2d乘以tan(5度)估算。若資料表直接給半角10度，半徑才是d乘以tan(10度)，不能再把10度除以二。這只是圓錐幾何的近似，實際聲場會受頻率、換能器口徑、目標尺寸、反射率與外殼影響。
| 距離 d | 假設角度表示 | 半角 | 理想足跡直徑 | 對600 mm桶的提醒 |
|---|---|---|---|---|
| 100 mm | 全角10° | 5° | 約17.5 mm | 近端足跡小，但近盲區問題優先 |
| 500 mm | 全角10° | 5° | 約87.5 mm | 液面中心有足夠幾何空間，仍需避開桶壁與內件 |
| 900 mm | 全角10° | 5° | 約157.6 mm | 空桶底部回波可能受桶底坡度、支架與壁面多重反射影響 |
| 500 mm | 半角10° | 10° | 約176.3 mm | 足跡約為前例的2.02倍 |
感測器不應只看桶徑是否大於足跡直徑。安裝軸線若偏離垂直方向，回波可能打到桶壁；桶內有加熱管、攪拌軸或梯子時，近距離的強反射可能被誤選成目標。斜面液面會把聲能反射到側方，薄膜、波紋和旋流會使回波幅度改變。理想足跡能協助畫出初始禁入區，不能保證實際一定有回波。
先在機械圖上標出換能器面、桶口、桶底與所有突出物的中心線。
從型號資料表抄錄盲區、工作距離、限制距離與角度定義，保留原單位。
分別計算全角轉半角後的足跡，檢查足跡在整個液位行程是否碰到壁、軸或支架。
把近端滿位往外移出足夠裕量，再安排空、半、滿三點現場測試。
再比較偏心但仍垂直的安裝：感測軸偏離桶中心250 mm，最近桶壁只剩50 mm；900 mm距離處的理想半徑約78.8 mm，幾何上已碰壁。若偏心100 mm，最近壁距200 mm，理想半徑雖可容納，仍要核對聲場圖與內件。偏心位置與傾斜角度是兩件事，不能混為同一種改善。
三家原廠資料要分開讀
Pepperl+Fuchs、Banner 與 SICK 都有超音波產品，但系列、頻率、外殼與量測條件不同。選型時先固定一個完整料號，再從該料號的資料頁取得感測範圍、死區或盲區、標準靶尺寸、反應時間、輸出與環境限制。不能拿 Pepperl+Fuchs 的死區、Banner 的波束圖和 SICK 的工作距離拼成一個不存在的規格。
例如 Pepperl+Fuchs 的 UB250-F12-U-V15 官方資料列出20至250毫米感測範圍、0至20毫米死區與100乘100毫米標準靶；Banner QS18U 官方頁列出的50至500毫米視窗屬於該系列；SICK UM30 手冊則把不同料號的工作距離與限制距離分欄。這三段數字各自只描述自己的產品資料。本文桶案例的80毫米盲區與10度全角仍是計算假設，不能替代任何一家的型號選擇。
注意，前兩個料號的上限分別只有250及500 mm，均無法覆蓋本例空桶900 mm，列在此處是教你讀不同規格欄位，不是推薦拿來量整桶。真正候選必須同時涵蓋近端滿位與遠端空桶，並符合液面反射條件。
若感測器有溫度補償，也要確認補償涵蓋的是空氣溫度還是整個工藝溫度。聲速會隨空氣溫度變化，桶內蒸汽、熱液與冷風分層可能讓感測器外殼測到的溫度不代表聲道平均狀態。資料表的工作距離通常還假定目標有足夠反射能力，不能只看最大限制距離就決定安裝高度。
參考：Pepperl+Fuchs UB250-F12-U-V15 官方資料表
泡沫 斜面與軟材會改變回波
泡沫不是穩定的平面反射器。泡沫厚度、氣泡大小與破裂速度會令有效反射面上下移動，感測器可能量到泡沫頂、液面或沒有有效回波。斜面或堆料表面把聲能偏向側邊，軟塑膠、粉末與纖維材料則可能吸收或散射聲能。透明、黑色或顏色深淺通常不是超音波的主要判斷依據，但表面粗糙度、密度和角度仍會影響結果。
失去回波時要輸出無效狀態，保留失波原因與最後有效時間，不能把距離寫成0。若上層程式把0解讀為液面貼近探頭，失波就會被誤判成滿桶，可能造成錯誤補料或錯誤警報。無回波也不能直接沿用上一筆而假裝量測正常；是否暫時保持最後有效值，要由設備的失效反應規格明確定義。本文不提供PLC指令，只說明量測資料在交接前應具備有效旗標與診斷語意。
| 現象 | 不可直接下的結論 | 現場先檢查 | 可接受的處置 |
|---|---|---|---|
| 距離突然變成0 | 不是滿位證明，也不是合法距離 | 回波有效旗標、探頭面結露、供電與線路 | 標記無效並告警，等待重新取得有效回波 |
| 距離在兩個值間跳動 | 不是一定要用平均數消除 | 泡沫、旋流、桶壁多重回波、取樣時間 | 先改善安裝與目標，再定義濾波與允收範圍 |
| 只有低液位時有效 | 不代表高液位一定可用 | 滿位是否貼近盲區、泡沫厚度、探頭垂直度 | 調整高度或改型號，重新做三點驗收 |
| 空桶偶發有值 | 不代表桶底是穩定標準靶 | 桶底材質、圓弧、支架與外部反射 | 以多次重複測試確認，不用單筆值校正 |
驗收採三個狀態：空桶、半桶與接近滿桶，但每個狀態都要先記錄實際液面或標準靶位置，再比較感測器讀值。每點可連續取10筆，記錄有效筆數、中位數、最大最小差、無效原因與環境條件。本文示例允許中位數與基準差不超過10毫米、十筆全距不超過20毫米；這是本專案的暫定驗收門檻，不是原廠保證值。泡沫或斜面若無法達到門檻，應重新評估量測技術與機械導流，不能靠把無效值改成0來通過。
三點驗收與常見問答
空桶點：確認桶底、支架與外部物件已就位，記錄10筆有效率與距離分布。
半桶點：以400毫米液位或可重複的平板靶驗證500毫米距離，檢查波束是否被壁面或內件截斷。
滿桶點：先確認目標距離大於型號規格的盲區與前景抑制值，再以低流速接近，記錄泡沫、波紋和失波。
三點都通過後才建立液位換算，並把型號、資料表版本、安裝高度、溫度、目標材質與允收門檻存入驗收紀錄。
本案例的100毫米滿桶距離只比假設80毫米盲區多20毫米，因此即使三角幾何看似成立，也應先判為高風險點。改善方式包括把換能器提高、降低有效滿位、改用有更合適近端工作距離的型號，或評估原廠允許的靜液管方案；管內可能產生振鈴與多重反射，不可自行加管就認定會改善。所有測試均需在實際桶體、液體、溫度和泡沫狀態下完成。
FAQ 1：把感測器裝在桶中央就能保證量到嗎？答：不能。中央安裝只是減少靠壁與偏心機會，仍要檢查盲區、工作距離、足跡、攪拌件、泡沫與液面角度，並用三點測試取得證據。
FAQ 2：資料表寫全角10度時，距離500毫米的足跡要怎麼算？答：先把全角除以二得到半角5度，再以直徑等於2乘以500乘以tan(5度)，約87.5毫米。若資料表給的是半角，則不可再次除以二。
FAQ 3：失波時可不可以把距離設成零，讓畫面顯示滿桶？答：不可以。本文假設感測器零距離位於盲區，並非有效量測；失波應帶無效狀態、最後有效時間與原因。下游依設備失效反應規格處置，不從數值零猜測滿桶。
FAQ 4：可以拿另一家同量程感測器的盲區補足目前型號嗎？答：不可以。盲區、波束、標準靶、工作距離與溫度條件都與型號有關。應固定實際料號，使用同一份原廠資料表重新檢查，然後在現場驗收。