超聲波液位計(jì)是一種非接觸式液位測量儀表，超聲波液位計(jì)的探頭又稱換能器，是超聲波液位計(jì)*重要的部件。超聲波液位計(jì)的超聲波脈沖從探頭發(fā)射出，當(dāng)脈沖接觸到介質(zhì)界面時(shí),又被反射回來由探頭接收。根據(jù)脈沖從發(fā)射到接收的時(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(jì)具有結(jié)構(gòu)簡單、安裝、調(diào)試方便，維護(hù)工作量小的優(yōu)點(diǎn)，在控制室和現(xiàn)場均可實(shí)時(shí)觀測液位，被廣泛用于各種液體高度的測量。盡管如此，超聲波液位計(jì)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(jì)用于測量石灰石漿液的這一典型案例，就充分說明了超聲波液位計(jì)安裝位置和安裝方式這些細(xì)節(jié)在液位測量中的重要　性。

 

　　一、現(xiàn)場概況

北方某國有大型化工企業(yè)，于今年5月份向計(jì)為自動(dòng)化購買了一批Uson-11超聲波液位計(jì)，用于測量和監(jiān)控污水水位和石灰石漿液的液位。在使用過程中，用于測量污水水位的超聲波液位計(jì)各項(xiàng)指標(biāo)都非常正常，能夠準(zhǔn)確可靠地測量。而另外2臺(tái)測量石灰石漿液的超聲波液位計(jì)卻出現(xiàn)數(shù)據(jù)波動(dòng)大、測量數(shù)據(jù)與實(shí)際液面高度不符等情形，無法準(zhǔn)確測量。

 

接到用戶反饋后，計(jì)為自動(dòng)化馬上安排技術(shù)工程師去現(xiàn)場提供技術(shù)支持。在現(xiàn)場，計(jì)為工程師看到了與客戶描述一樣的情況，但憑借豐富的經(jīng)驗(yàn)，工程師發(fā)現(xiàn)問題并非產(chǎn)品質(zhì)量導(dǎo)致，那究竟是什么原因呢？

 

　　二、原因分析

　　經(jīng)計(jì)為工程師分析，導(dǎo)致超聲波液位計(jì)無法準(zhǔn)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(jì)安裝位置離罐壁太近

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

 

　　2、現(xiàn)場有攪拌裝置

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(jì)能量回收受到干擾，從而導(dǎo)致超聲波液位計(jì)的測量精度大為降低。

 

　　3、超聲波液位計(jì)沒有安裝防護(hù)擋箱

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

c＝（331.45＋0.61t/℃）m/s

 

超聲波液位計(jì)的溫度傳感器作為探頭的一部分被保護(hù)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(jì)安裝在無遮擋的室外環(huán)境，太陽光的暴曬照射會(huì)使超聲波液位計(jì)的殼體、探頭持續(xù)升溫，而環(huán)境溫度并不會(huì)像探頭一般持續(xù)升溫，*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(yán)寒，如果超聲波液位計(jì)被置于戶外，變化劇烈的溫度會(huì)導(dǎo)致聲音速度的變化，進(jìn)而導(dǎo)致測量出現(xiàn)誤差。針對(duì)這種情況，為超聲波液位計(jì)安裝防護(hù)擋箱，避免溫度急劇變化，并在超聲波液位計(jì)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。

 

　　三、解決方案

原因找出來了，解決方案相應(yīng)也就有了。針對(duì)上述原因，具體解決措施如下：

 

　　1、安裝位置應(yīng)距離罐壁60cm處

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

 

　　2、安裝導(dǎo)波管

安裝導(dǎo)波管，使得超聲波液位計(jì)發(fā)射的超聲波脈沖遠(yuǎn)離攪拌半徑范圍，對(duì)準(zhǔn)波動(dòng)較小的液面，使得超聲波液位計(jì)能量回收不受液面波動(dòng)的干擾，從而實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測量。

 

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

超聲波液位計(jì)在石灰石漿液測量中的問題及處理

圖一、導(dǎo)波管安裝示意圖

 

 

　　3、安裝防護(hù)罩

　　為儀表安裝防護(hù)罩，使得超聲波液位計(jì)免受太陽暴曬和雨淋，降低溫度變化對(duì)聲速的影響，使測量更準(zhǔn)確。

　　根據(jù)上述解決方案，超聲波液位計(jì)經(jīng)重新安裝后，以前出現(xiàn)的問題再未出現(xiàn)，用戶應(yīng)用中存在的問題獲得了圓滿解決。