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2021年08月05日 | 超声波液位计在石灰石浆液测量中的应用
2021-08-05 来源：eefocus
超声波液位计作为一种非接触式液位测量仪表，具有结构简单、安装、调试方便，维护工作量小的优点，在控制室和现场均可实时观测液位，在各种液位的测量中有着广泛的应用。其主要是通过探头（又称换能器）发射超声波脉冲，当脉冲接触到介质界面时,又被反射回来由探头接收。根据脉冲从发射到接收的时间以及在介质中传播的声速，即可以求得探头到介质间的距离，从而确定出液体所在的位置。但在实际应用中，由于安装位置和安装方式的差异，可能会导致超声波液位计无法正常工作的现象。本文拟以超声波液位计在石灰石浆液测量中的应用说明如下。
一、应用概况
北方某国有大型化工企业，于今年5月份采购了一批用于测量和监控污水水位和石灰石浆液的液位计为Uson-11超声波液位计。用户反馈，在使用过程中，测量污水水位的超声波液位计各项指标一切正常，测量准确可靠。而用于测量石灰石浆液的另外2台超声波液位计则不然，其无法进行准确测量，测量过程中出现数据波动大、测量数据与实际液面高度不符等情形。
接到用户反馈后，计为自动化马上安排技术工程师去现场了解情况并提供技术支持。在应用现场，计为工程师看到的与客户所描述的情况完全一样，但凭借丰富的经验，工程师发现现场测量不准的问题并非产品质量导致。那究竟是什么原因造成这种情况的出现呢？
二、问题分析
经计为工程师排查分析发现，导致超声波液位计在石灰石浆液测量中无法准确测量的原因主要有三种：
1、现场有搅拌装置
在一些带搅拌或者较为动态的液位测量环境中（比如流体），由于液位呈动态起伏和不确定性变化，使得超声波液位计的能量回收受到干扰，从而影响超声波液位计的测量精度。
2、超声波液位计安装位置距罐壁较近
超声波液位计探头发射角为8～12°。当安装位置距离罐壁较近时，由于发射角的影响,能量回收易受干扰，从而影响测量的准确性。
3、超声波液位计没有安装防护挡箱
超声波液位计液位测量的计算公式为S=C×T/2，该公式体现了距离值S与声速C和传输时间T之间的关系。根据该公式，要利用超声波液位计测量液位，需要知道超声波在空气中的传播速度，可以说对超声波传播速度取值的精确程度将极大地影响超声波液位计的测量精度，公式如下：
c＝（331.45＋0.61t/℃）m/s
超声波液位计的温度传感器作为探头的一部分被保护材料密闭的封装在探头里，从公式可知，温度是影响声速的主要因素。如果将超声波液位计安装在无遮挡的室外环境，太阳光的暴晒照射会使超声波液位计的壳体、探头持续升温，而环境温度并不会像探头一般持续升温，最终探头里的传感器所测温度与环境的温度差异较大，影响测量的精度。
在北方，夏天炎热干燥，冬天极度严寒，置于户外的超声波液位计，很容易受到变化剧烈的温度的影响，连带引起声音速度的变化，进而使测量出现误差。针对这种情况，可为超声波液位计安装防护挡箱，以降低温度急剧变化带来的影响。同时，在超声波液位计上安装温度传感器实时测量温度，利用温度与声速的关系，就可以换算出声速值。
三、应对措施
针对上述问题和原因，要解决超声波液位计在石灰石浆液中测量不准的问题，有以下几点具体解决措施可供选择：
1、超声波液位计应距罐壁60cm处安装
由于用户选择的是量程为10米的超声波液位计，超声波液位计探头的发射角为10°，综合考虑，超声波液位计的安装位置应以距离罐壁60cm处为宜。
2、安装防护罩
由于位于户外，难免受到日晒雨淋，此时，为仪表安装防护罩，使得超声波液位计免受日晒雨淋导致的温度变化对声速的影响，使测量更精准。
图一、现场安装图
3、安装导波管
通过安装导波管的方式，可使超声波液位计发射的超声波脉冲远离搅拌半径范围，对准波动较小的液面，将超声波液位计能量回收受液面波动的干扰降低到最低，从而实现准确测量。
在实际安装过程中，一般有图二所示2种安装方式，一种将导波管安装于储罐外，一种将导波管安装于储罐内，导波管直径通常需要100mm以上。
图二、导波管安装示意图
通过采取上述有针对性的措施，圆满解决了用户应用中存在的问题。经重新安装后的超声波液位计，再也未遇到之前所出现的问题。
四、计为超声波液位计的特点
由于做了诸多创新和改进，与传统超声波液位计相比，计为超声波液位计有着自己的特点和优点：
1、软件、硬件升级。针对工业现场普遍存在现场波动大的情况，计为自动化在硬件和软件上对仪表的鲁棒性（鲁棒性大致相当于稳定性）进行了提高。软件方面，加入延时平均算法可使仪表更好地适应复杂多变的工况；硬件方面，采取高效严谨的信号滤波电路，以过滤掉液位测量时超声波信号接触液面而产生的次波和杂波。
2、带温度补偿功能，可在温差较大的环境下使用，适应性强，测量精度高。
3、密封性好。超声波液位计的整机防护等级高达IP66/IP67；
4、具有RS-485通讯接口，采用特殊回波处理方式，使虚假回波现象得到有效避免。
史海拾趣
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