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超聲波液位計(jì)在石灰石漿液測量中的應(yīng)用
超聲波液位計(jì)作為一種非接觸式液位測量儀表，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，在各種液位的測量中有著廣泛的應(yīng)用。其主要是通過探頭（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)在石灰石漿液測量中的應(yīng)用說明如下。
一、應(yīng)用概況
北方某國有大型化工企業(yè)，于今年5月份采購了一批用于測量和監(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，在使用過程中，測量污水水位的超聲波液位計(jì)各項(xiàng)指標(biāo)一切正常，測量準(zhǔn)確可靠。而用于測量石灰石漿液的另外2臺(tái)超聲波液位計(jì)則不然，其無法進(jìn)行準(zhǔn)確測量，測量過程中出現(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。
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)場了解情況并提供技術(shù)支持。在應(yīng)用現(xiàn)場，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)場測量不準(zhǔn)的問題并非產(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)在石灰石漿液測量中無法準(zhǔn)確測量的原因主要有三種：
1．現(xiàn)場有攪拌裝置
在一些帶攪拌或者較為動(dòng)態(tài)的液位測量環(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，從而影響測量的準(zhǔn)確性。
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，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)而使測量出現(xiàn)誤差。針對這種情況，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)對措施
針對上述問題和原因，要解決超聲波液位計(jì)在石灰石漿液中測量不準(zhǔn)的問題，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)致的溫度變化對聲速的影響，使測量更精準(zhǔn)。
通過安裝導(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)確測量。
在實(shí)際安裝過程中，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。
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)。針對工業(yè)現(xiàn)場普遍存在現(xiàn)場波動(dòng)大的情況，計(jì)為自動(dòng)化在硬件和軟件上對儀表的魯棒性（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，以過濾掉液位測量時(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，其過硬的質(zhì)量和優(yōu)質(zhì)服務(wù)，深受用戶好評。
一、應(yīng)用概況
北方某國有大型化工企業(yè)，于今年5月份采購了一批用于測量和監(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，在使用過程中，測量污水水位的超聲波液位計(jì)各項(xiàng)指標(biāo)一切正常，測量準(zhǔn)確可靠。而用于測量石灰石漿液的另外2臺(tái)超聲波液位計(jì)則不然，其無法進(jìn)行準(zhǔn)確測量，測量過程中出現(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。
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)場了解情況并提供技術(shù)支持。在應(yīng)用現(xiàn)場，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)場測量不準(zhǔn)的問題并非產(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)在石灰石漿液測量中無法準(zhǔn)確測量的原因主要有三種：
1．現(xiàn)場有攪拌裝置
在一些帶攪拌或者較為動(dòng)態(tài)的液位測量環(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，從而影響測量的準(zhǔn)確性。
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，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)而使測量出現(xiàn)誤差。針對這種情況，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)對措施
針對上述問題和原因，要解決超聲波液位計(jì)在石灰石漿液中測量不準(zhǔn)的問題，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)致的溫度變化對聲速的影響，使測量更精準(zhǔn)。
圖一、現(xiàn)場安裝圖
3．安裝導(dǎo)波管通過安裝導(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)確測量。
在實(shí)際安裝過程中，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。
圖二、導(dǎo)波管安裝示意圖
通過采取上述有針對性的措施，圓滿解決了用戶應(yīng)用中存在的問題。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)。針對工業(yè)現(xiàn)場普遍存在現(xiàn)場波動(dòng)大的情況，計(jì)為自動(dòng)化在硬件和軟件上對儀表的魯棒性（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，以過濾掉液位測量時(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，其過硬的質(zhì)量和優(yōu)質(zhì)服務(wù)，深受用戶好評。
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