超聲波液位計在石灰石漿液測量中的問(wèn)題及處理

超聲波液位計是一種非接觸式液位測量?jì)x表，超聲波液位計的探頭又稱(chēng)換能器，是超聲波液位計最重要的部件。超聲波液位計的超聲波脈沖從探頭發(fā)出，當脈沖接觸到介質(zhì)界面時(shí),又被反射回來(lái)由探頭接收。根據脈沖從發(fā)出到接收的時(shí)間以及在介質(zhì)中傳播的聲速，即可以求得探頭到介質(zhì)間的距離，從而確定出液體所在的位置。超聲波液位計具有結構簡(jiǎn)單、安裝、調試方便，維護工作量小的優(yōu)點(diǎn)，在控制室和現場(chǎng)均可實(shí)時(shí)觀(guān)測液位，被廣泛用于各種液體高度的測量。盡管如此，超聲波液位計在安裝和使用時(shí)，仍有許多需要注意的地方。下文介紹的超聲波液位計用于測量石灰石漿液的這一典型案例，就充分說(shuō)明了超聲波液位計安裝位置和安裝方式這些細節在液位測量中的重要性。

一、現場(chǎng)概況

北方某國有大型化工企業(yè)，于今年5月份向計為自動(dòng)化購買(mǎi)了一批Uson-11超聲波液位計，用于測量和監控污水水位和石灰石漿液的液位。在使用過(guò)程中，用于測量污水水位的超聲波液位計各項指標都非常正常，能夠準確可靠地測量。而另外2臺測量石灰石漿液的超聲波液位計卻出現數據波動(dòng)大、測量數據與實(shí)際液面高度不符等情形，無(wú)法準確測量。

接到用戶(hù)反饋后，計為自動(dòng)化馬上安排技術(shù)工程師去現場(chǎng)提供技術(shù)支持。在現場(chǎng)，計為工程師看到了與客戶(hù)描述完全一樣的情況，但憑借豐富的經(jīng)驗，工程師發(fā)現問(wèn)題并非產(chǎn)品質(zhì)量導致，那究竟是什么原因呢？

二、原因分析

經(jīng)計為工程師分析，導致超聲波液位計無(wú)法準確測量石灰石漿液的原因主要有如下三點(diǎn)：

1．超聲波液位計安裝位置離罐壁太近

超聲波液位計探頭發(fā)出角為8～12°。當安裝位置距離罐壁較近時(shí)，由于發(fā)出角的影響,能量回收易受干擾，從而影響測量。

2．現場(chǎng)有攪拌裝置

在一些帶攪拌或者較為動(dòng)態(tài)的液位環(huán)境中（比如流體液位測量等），由于液位呈動(dòng)態(tài)起伏和不確定性變化，使得超聲波液位計能量回收受到干擾，從而導致超聲波液位計的測量精度大為降低。

3．超聲波液位計沒(méi)有安裝防護擋箱

超聲波液位計液位測量的計算公式為S=C×T/2，該公式體現了距離值S與聲速C和傳輸時(shí)間T之間的關(guān)系。根據該公式，要利用超聲波液位計測量液位，需要知道超聲波在空氣中的傳播速度，可以說(shuō)對超聲波傳播速度取值的精確程度將極大地影響超聲波液位計的測量精度，公式如下：

c＝（331.45＋0.61t/℃）m/s

超聲波液位計的溫度傳感器作為探頭的一部分被保護材料密閉的封裝在探頭里，溫度是影響聲速的主要因素。如果將超聲波液位計安裝在無(wú)遮擋的室外環(huán)境，太陽(yáng)光的暴曬照射會(huì )使超聲波液位計的殼體、探頭持續升溫，而環(huán)境溫度并不會(huì )像探頭一般持續升溫，最終探頭里的傳感器所測溫度與環(huán)境的溫度差異較大，影響測量精度。

北方夏天干燥炎熱，冬天極度嚴寒，如果超聲波液位計被置于戶(hù)外，變化劇烈的溫度會(huì )導致聲音速度的變化，進(jìn)而導致測量出現誤差。針對這種情況，為超聲波液位計安裝防護擋箱，避免溫度急劇變化，并在超聲波液位計上安裝溫度傳感器實(shí)時(shí)測量溫度，利用溫度與聲速的關(guān)系，換算出聲速值。

計為超聲波液位計

三、解決方案

原因找出來(lái)了，解決方案相應也就有了。針對上述原因，具體解決措施如下：

1．安裝位置應距離罐壁60cm處

由于用戶(hù)選擇的是量程為10米的超聲波液位計，超聲波液位計探頭的發(fā)出角為10°，綜合考慮，安裝位置應以距離罐壁60cm處為宜。

2．安裝導波管

安裝導波管，使得超聲波液位計發(fā)出的超聲波脈沖遠離攪拌半徑范圍，對準波動(dòng)較小的液面，使得超聲波液位計能量回收不受液面波動(dòng)的干擾，從而實(shí)現準確測量。

在實(shí)際應用中，一般有圖一所示2種安裝方式，一種安裝于儲罐外，一種安裝于儲罐內，通常導波管直徑需要100mm以上。

圖一 導波管安裝示意圖

3．安裝防護罩

為儀表安裝防護罩，使得超聲波液位計免受太陽(yáng)暴曬和雨淋，降低溫度變化對聲速的影響，使測量更精準。

圖二 現場(chǎng)安裝圖

根據上述解決方案，超聲波液位計經(jīng)重新安裝后，以前出現的問(wèn)題再未出現，用戶(hù)應用中存在的問(wèn)題得到了圓滿(mǎn)解決。

四、計為超聲波液位計的特點(diǎn)

1．軟件、硬件升級。計為自動(dòng)化針對工業(yè)現場(chǎng)普遍存在現場(chǎng)波動(dòng)大的情況，在硬件和軟件上對儀表的魯棒性（魯棒性大致相當于穩定性）進(jìn)行提高。軟件方面，加入延時(shí)平均算法可使儀表更好地適應復雜多變的工況；硬件方面，采取高效嚴謹的信號濾波電路，以過(guò)濾掉液位測量時(shí)超聲波信號接觸液面而產(chǎn)生的次波和雜波。

2．帶溫度補償功能，可在溫差較大的環(huán)境下使用，適應性強，測量精度高。

3．密封性好。整機防護等級高達IP66/IP67。

4．具有RS-485通訊接口，采用特殊回波處理方式，有效避免虛假回波。

深圳計為研發(fā)生產(chǎn)的超聲波液位計以其高精度、高可靠性的質(zhì)量和優(yōu)質(zhì)服務(wù)，深受用戶(hù)青睞，廣泛用于不同工業(yè)環(huán)境、智慧城市、污水處理中。