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化工行業(yè)

超聲波液位計(jì)在石灰石漿液測(cè)量中的應(yīng)用

　　超聲波液位計(jì)作為一種非接觸式液位測(cè)量?jī)x表，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(chǎng)均可實(shí)時(shí)觀測(cè)液位，在各種液位的測(cè)量中有著廣泛的應(yīng)用。其主要是通過(guò)探頭（又稱換能器）發(fā)射超聲波脈沖，當(dāng)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(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。但在實(shí)際應(yīng)用中，由于安裝位置和安裝方式的差異，可能會(huì)導(dǎo)致超聲波液位計(jì)無(wú)法正常工作的現(xiàn)象。本文擬以超聲波液位計(jì)在石灰石漿液測(cè)量中的應(yīng)用說(shuō)明如下。
　　一、應(yīng)用概況
　　北方某國(guó)有大型化工企業(yè)，于今年5月份采購(gòu)了一批用于測(cè)量和監(jiān)控污水水位和石灰石漿液的液位計(jì)——Uson-11超聲波液位計(jì)。用戶反饋，在使用過(guò)程中，測(cè)量污水水位的超聲波液位計(jì)各項(xiàng)指標(biāo)一切正常，測(cè)量準(zhǔn)確可靠。而用于測(cè)量石灰石漿液的另外2臺(tái)超聲波液位計(jì)則不然，其無(wú)法進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量，測(cè)量過(guò)程中出現(xiàn)數(shù)據(jù)波動(dòng)大、測(cè)量數(shù)據(jù)與實(shí)際液面高度不符等情形。
　　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(chǎng)了解情況并提供技術(shù)支持。在應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)，計(jì)為工程師看到的與客戶所描述的情況完全一樣，但憑借豐富的經(jīng)驗(yàn)，工程師發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量不準(zhǔn)的問(wèn)題并非產(chǎn)品質(zhì)量導(dǎo)致。那究竟是什么原因造成這種情況的出現(xiàn)呢？
　　二、問(wèn)題分析
　　經(jīng)計(jì)為工程師排查分析發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致超聲波液位計(jì)在石灰石漿液測(cè)量中無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量的原因主要有三種：
　　1．現(xiàn)場(chǎng)有攪拌裝置
　　在一些帶攪拌或者較為動(dòng)態(tài)的液位測(cè)量環(huán)境中（比如流體），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)的能量回收受到干擾，從而影響超聲波液位計(jì)的測(cè)量精度。
　　2．超聲波液位計(jì)安裝位置距罐壁較近
　　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(cè)量的準(zhǔn)確性。
　　3．超聲波液位計(jì)沒(méi)有安裝防護(hù)擋箱
　　超聲波液位計(jì)液位測(cè)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(cè)量液位，需要知道超聲波在空氣中的傳播速度，可以說(shuō)對(duì)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(jì)的測(cè)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，從公式可知，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(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(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，最終探頭里的傳感器所測(cè)溫度與環(huán)境的溫度差異較大，影響測(cè)量的精度。
　　在北方，夏天炎熱干燥，冬天極度嚴(yán)寒，置于戶外的超聲波液位計(jì)，很容易受到變化劇烈的溫度的影響，連帶引起聲音速度的變化，進(jìn)而使測(cè)量出現(xiàn)誤差。針對(duì)這種情況，可為超聲波液位計(jì)安裝防護(hù)擋箱，以降低溫度急劇變化帶來(lái)的影響。同時(shí)，在超聲波液位計(jì)上安裝溫度傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量溫度，利用溫度與聲速的關(guān)系，就可以換算出聲速值。
　　三、應(yīng)對(duì)措施
　　針對(duì)上述問(wèn)題和原因，要解決超聲波液位計(jì)在石灰石漿液中測(cè)量不準(zhǔn)的問(wèn)題，有以下幾點(diǎn)具體解決措施可供選擇：
　　1．超聲波液位計(jì)應(yīng)距罐壁60cm處安裝
　　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，超聲波液位計(jì)的安裝位置應(yīng)以距離罐壁60cm處為宜。
　　2．安裝防護(hù)罩
　　由于位于戶外，難免受到日曬雨淋，此時(shí)，為儀表安裝防護(hù)罩，使得超聲波液位計(jì)免受日曬雨淋導(dǎo)致的溫度變化對(duì)聲速的影響，使測(cè)量更精準(zhǔn)。

超聲波液位計(jì)在石灰石漿液測(cè)量中的應(yīng)用

圖一、現(xiàn)場(chǎng)安裝圖

　　3．安裝導(dǎo)波管
　　通過(guò)安裝導(dǎo)波管的方式，可使超聲波液位計(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，將超聲波液位計(jì)能量回收受液面波動(dòng)的干擾降低到最低，從而實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測(cè)量。
　　在實(shí)際安裝過(guò)程中，一般有圖二所示2種安裝方式，一種將導(dǎo)波管安裝于儲(chǔ)罐外，一種將導(dǎo)波管安裝于儲(chǔ)罐內(nèi)，導(dǎo)波管直徑通常需要100mm以上。

超聲波液位計(jì)在石灰石漿液測(cè)量中的應(yīng)用

圖二、導(dǎo)波管安裝示意圖

　　通過(guò)采取上述有針對(duì)性的措施，圓滿解決了用戶應(yīng)用中存在的問(wèn)題。經(jīng)重新安裝后的超聲波液位計(jì)，再也未遇到之前所出現(xiàn)的問(wèn)題。
　　四、計(jì)為超聲波液位計(jì)的特點(diǎn)
　　由于做了諸多創(chuàng)新和改進(jìn)，與傳統(tǒng)超聲波液位計(jì)相比，計(jì)為超聲波液位計(jì)有著自己的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)：
　　1．軟件、硬件升級(jí)。針對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)普遍存在現(xiàn)場(chǎng)波動(dòng)大的情況，計(jì)為自動(dòng)化在硬件和軟件上對(duì)儀表的魯棒性（魯棒性大致相當(dāng)于穩(wěn)定性）進(jìn)行了提高。軟件方面，加入延時(shí)平均算法可使儀表更好地適應(yīng)復(fù)雜多變的工況；硬件方面，采取高效嚴(yán)謹(jǐn)?shù)男盘?hào)濾波電路，以過(guò)濾掉液位測(cè)量時(shí)超聲波信號(hào)接觸液面而產(chǎn)生的次波和雜波。
　　2．帶溫度補(bǔ)償功能，可在溫差較大的環(huán)境下使用，適應(yīng)性強(qiáng)，測(cè)量精度高。
　　3．密封性好。超聲波液位計(jì)的整機(jī)防護(hù)等級(jí)高達(dá)IP66/IP67。
　　4．具有RS-485通訊接口，采用特殊回波處理方式，使虛假回波現(xiàn)象得到有效避免。
　　深圳計(jì)為研發(fā)生產(chǎn)的超聲波液位計(jì)具有測(cè)量精度高、穩(wěn)定可靠的特點(diǎn)，在不同工業(yè)環(huán)境、智慧城市、污水處理中有著廣泛應(yīng)用，其過(guò)硬的質(zhì)量和優(yōu)質(zhì)服務(wù)，深受用戶好評(píng)。


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