超声波液位计在石灰石浆液测量中的问题及处理

　　超声波液位计是一种非接触式液位测量仪表，超声波液位计的探头又称换能器，是超声波液位计重要的部件。超声波液位计的超声波脉冲从探头发射出，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。超声波液位计具有结构简单、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，被广泛用于各种液体高度的测量。尽管如此，超声波液位计在安装和使用时，仍有许多需要注意的地方。下文介绍的超声波液位计用于测量石灰石浆液的这一典型案例，就充分说明了超声波液位计安装位置和安装方式这些细节在液位测量中的重要性。

　　一、现场概况

　　北方某国有大型化工企业，于今年5月份向计为自动化购买了一批Uson-11超声波液位计，用于测量和监控污水水位和石灰石浆液的液位。在使用过程中，用于测量污水水位的超声波液位计各项指标都非常正常，能够准确可靠地测量。而另外2台测量石灰石浆液的超声波液位计却出现数据波动大、测量数据与实际液面高度不符等情形，无法准确测量。

　　接到用户反馈后，计为自动化马上安排技术工程师去现场提供技术支持。在现场，计为工程师看到了与客户描述完全一样的情况，但凭借丰富的经验，工程师发现问题并非产品质量导致，那究竟是什么原因呢?

　　二、原因分析

　　经计为工程师分析，导致超声波液位计无法准确测量石灰石浆液的原因主要有如下三点：

　　1、超声波液位计安装位置离罐壁太近

　　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。

　　2、现场有搅拌装置

　　在一些带搅拌或者较为动态的液位环境中(比如流体液位测量等)，由于液位呈动态起伏和不确定性变化，使得超声波液位计能量回收受到干扰，从而导致超声波液位计的测量精度大为降低。

　　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，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，终探头里的传感器所测温度与环境的温度差异较大，影响测量精度。

　　北方夏天干燥炎热，冬天极度严寒，如果超声波液位计被置于户外，变化剧烈的温度会导致声音速度的变化，进而导致测量出现误差。针对这种情况，为超声波液位计安装防护挡箱，避免温度急剧变化，并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，换算出声速值。

　　三、解决方案

　　原因找出来了，解决方案相应也就有了。针对上述原因，具体解决措施如下：

　　1、安装位置应距离罐壁60cm处

　　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，安装位置应以距离罐壁60cm处为宜。

　　2、安装导波管

　　安装导波管，使得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，使得超声波液位计能量回收不受液面波动的干扰，从而实现准确测量。

　　在实际应用中，一般有图一所示2种安装方式，一种安装于储罐外，一种安装于储罐内，通常导波管直径需要100mm以上。

　　图一、导波管安装示意图

　　3、安装防护罩

　　为仪表安装防护罩，使得超声波液位计免受太阳暴晒和雨淋，降低温度变化对声速的影响，使测量更。

　　图二、现场安装图

　　根据上述解决方案，超声波液位计经重新安装后，以前出现的问题再未出现，用户应用中存在的问题得到了圆满解决。

　　四、计为超声波液位计的特点

　　1、软件、硬件升级。计为自动化针对工业现场普遍存在现场波动大的情况，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。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，有效避免虚假回波。

　　深圳计为研发生产的超声波液位计以其高精度、高可靠性的质量和优质服务，深受用户青睐，广泛用于不同工业环境、智慧城市、污水处理中。(文章摘自：http://www.levelmeter.cn/caseshow-24-1133-1.html，转载请注明出处。)