孫德罡 齊學(xué)鵬

【摘要】在石油化工生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)用超聲波液位計(jì)進(jìn)行液位測(cè)量，經(jīng)常會(huì)因?yàn)橐恍┕收显驅(qū)е聹y(cè)量不準(zhǔn)確，本文簡(jiǎn)介了超聲波液位計(jì)的原理和使用優(yōu)點(diǎn)，對(duì)超聲波常見(jiàn)故障問(wèn)題進(jìn)行了分析，并提出了使用過(guò)程中的注意事項(xiàng)。

【關(guān)鍵詞】超聲波;盲區(qū);液位計(jì);故障

1.前言

超聲波液位計(jì)安裝簡(jiǎn)單、方便，屬于非接觸測(cè)量，且不受液體的粘度、密度等影響。但精度比較低，測(cè)試容易有盲區(qū)，不可以測(cè)量壓力容器，不能測(cè)量易揮發(fā)性介質(zhì)。但使用中性能可靠，維護(hù)量小，在石油化工生產(chǎn)裝置中應(yīng)用比較廣泛。

2.超聲波液位計(jì)的原理和優(yōu)點(diǎn)

超聲波液位計(jì)的原理是測(cè)量一個(gè)超聲波脈沖從發(fā)出到返回整個(gè)過(guò)程所需的時(shí)間。超聲波液位計(jì)垂直安裝在液體的表面，它向液面發(fā)出一個(gè)超聲波脈沖，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，超聲波液位計(jì)的傳感器接收到從液面反射回的信號(hào)，信號(hào)經(jīng)過(guò)變送器電路的選擇和處理，根據(jù)超聲波液位計(jì)發(fā)出和接收超聲波的時(shí)間差，計(jì)算出液面到傳感器的距離。超聲波液位計(jì)測(cè)量有腐蝕（酸、堿）的介質(zhì)、有污染的場(chǎng)合，或易產(chǎn)生粘附物的物質(zhì)。適合于那些無(wú)法用物理方式接觸的液體。超聲波液位計(jì)針對(duì)腐蝕性、有結(jié)層或者是含酸堿廢水來(lái)說(shuō)，都是一種非常理想的測(cè)量工具。超聲波液位計(jì)可測(cè)量的介質(zhì)包括鹽酸、硫酸、氫氧化物、廢水、樹(shù)脂、石蠟、泥漿、堿液和漂白劑等工業(yè)用劑，廣泛應(yīng)用于水處理、化工、電力、冶金、石油、半導(dǎo)體等行業(yè)。超聲波液位計(jì)的優(yōu)點(diǎn)：非接觸式測(cè)量;無(wú)可動(dòng)部件、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用壽命長(zhǎng);耐腐蝕（探頭大多采用PVDF、PP等材料）;自動(dòng)溫度補(bǔ)償功能;不受介質(zhì)濕度、粘度的影響;不受介質(zhì)介電常數(shù)、電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率的影響;優(yōu)異的性能價(jià)格比。

3.超聲波液位計(jì)故障燈問(wèn)題

3.1 頂部藍(lán)色故障燈

在超聲波持續(xù)零液位時(shí)，頂部燈亮，輸出電流為22MA。而且隔一段時(shí)間后恢復(fù)液位時(shí)，故障不能自動(dòng)解除，需斷電重啟后正常。出現(xiàn)這種故障是安裝附件的選擇問(wèn)題。超聲波的發(fā)射除了平面頭外，在螺紋這里也是有發(fā)射的。如果持續(xù)的零位，在加上安裝件選用金屬支架。超聲波液位計(jì)就會(huì)識(shí)別到支架部分的信號(hào)強(qiáng)度大于平面頭接收的信號(hào)強(qiáng)度。而金屬支架部分與發(fā)射波之間處于盲區(qū)距離。所以超聲波處于保護(hù)狀態(tài)，故障燈常亮，輸出22MA。

解決的辦法就是選用非金屬支架。因?yàn)檫x用非金屬支架后，螺紋處的發(fā)射波能穿透出去，而零點(diǎn)液位的回波信號(hào)絕對(duì)會(huì)大于螺紋處的回波信號(hào)。

3.2 因編程原因?qū)е马敳抗收蠠舫Ａ?/p>

經(jīng)調(diào)試與重新編程后，頂部故障燈常亮，輸出電流為22MA。出現(xiàn)這種故障情況，還是在編程與調(diào)試過(guò)程中，未能按照說(shuō)明書(shū)要求。造成的程序紊亂而自保狀態(tài)。在調(diào)試編程超聲波液位計(jì)時(shí)，未能等到指示燈正常閃動(dòng)，或則編程方法步驟根本不對(duì)，處于不穩(wěn)定的編程調(diào)試。如果多次反復(fù)未依要求編程調(diào)試，超聲波液位計(jì)將拒絕工作而自保。出現(xiàn)這種故障的解決方法是先將超聲波液位計(jì)按要求復(fù)位，在進(jìn)行重新編程。如果在未復(fù)位的情況下多次再編程，會(huì)出現(xiàn)以上故障。

4.超聲波液位計(jì)在測(cè)量中常見(jiàn)的問(wèn)題分析

4.1 由于電源電壓波動(dòng)引起的測(cè)量不準(zhǔn)

對(duì)于單探頭的測(cè)量裝置，同一測(cè)量探頭既做發(fā)射器又做接收器，那么在發(fā)射超聲波時(shí)，當(dāng)探頭上加了較高的激勵(lì)電壓，會(huì)使盲區(qū)距離加大，使測(cè)量的范圍產(chǎn)生變化，有可能超出測(cè)量的范圍;當(dāng)探頭上電壓過(guò)低，由于測(cè)量距離較遠(yuǎn)，可能接受不到回返的信號(hào)，這樣本來(lái)能正常工作，現(xiàn)在不能正常工作，或產(chǎn)生測(cè)量錯(cuò)誤，這時(shí)需要調(diào)整電源電壓到額定值，使探頭正常工作。

4.2 所選測(cè)量的量程不合適

由于盲區(qū)距離的存在及超聲波在傳播過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生衰減，因此利用超聲波測(cè)量液位有一定的測(cè)量范圍，不是無(wú)限制的，所以應(yīng)選擇合適的探頭及工作方式。

4.3 測(cè)量傳播介質(zhì)引起的故障

在測(cè)量中，傳播介質(zhì)中含有較大的液滴顆粒時(shí)（本論述是對(duì)氣體測(cè)量方式而言，液體式測(cè)量方式與固體式測(cè)量方式，傳播介質(zhì)中含有其他雜質(zhì)，與氣體式產(chǎn)生結(jié)果基本一樣，只有稍微不同，這里不再多述），當(dāng)超聲波遇到這些液滴時(shí)會(huì)產(chǎn)生散射和反射，這些液滴也會(huì)吸收超聲波，造成超聲波的衰減，從而造成測(cè)量錯(cuò)誤、虛假測(cè)量或者測(cè)量探頭無(wú)法工作，這種現(xiàn)象在我國(guó)的北方地區(qū)，尤其是冬天更是常見(jiàn)。當(dāng)這些液滴附到測(cè)量探頭表面時(shí)，危害更大，一方面會(huì)使測(cè)量探頭不能工作，另一方面時(shí)間過(guò)長(zhǎng)液滴可能會(huì)腐蝕探頭表面，使測(cè)量探頭永遠(yuǎn)不可用，因此應(yīng)及時(shí)通過(guò)通風(fēng)和擦拭，并加裝過(guò)濾裝置，對(duì)測(cè)量探頭加裝保護(hù)罩。當(dāng)液滴顆粒較小且沒(méi)有附到探頭表面時(shí)，也可以采用大功率的探頭或雙探頭測(cè)量方式解決。

4.4 測(cè)量液位液面引起的故障

當(dāng)被測(cè)液位液面附有其他雜質(zhì)或液面很不平時(shí)，超聲波遇到漫反射或波束反射到其他方向，而回到測(cè)量探頭的超聲波很少，超出測(cè)量探頭靈敏度范圍，這樣測(cè)量探頭測(cè)不到波束，不能反映，無(wú)法正常工作，這時(shí)應(yīng)在測(cè)量探頭的下方放置鐵絲圍井等方式。

4.5 安裝方式引起的故障

超聲波液位計(jì)是有盲區(qū)的，如同人的眼睛一樣，盲區(qū)是當(dāng)物體離眼睛非常近的時(shí)候，反而看不清楚了，這一段距離就叫盲區(qū)。超聲波液位計(jì)的盲區(qū)，根據(jù)量程的不同，盲區(qū)也不同。量程小，則盲區(qū)小，量程大，則盲區(qū)大。但一般都在30cm-50cm之間。所以一般在安裝超聲波液位計(jì)的時(shí)候盲區(qū)一定是要考慮進(jìn)去的。超聲波測(cè)量探頭應(yīng)垂直安裝到合適的位置，當(dāng)安裝傾斜時(shí)，測(cè)量探頭發(fā)出的超聲波束就會(huì)反射到其他方向，測(cè)量探頭的收不到超聲波束，不能正常工作，所以應(yīng)校正重新安裝，當(dāng)測(cè)量探頭距液面過(guò)近或過(guò)遠(yuǎn)時(shí)，也影響測(cè)量，所以測(cè)量探頭應(yīng)安裝到距液面合適的位置，使液面高度變化范圍在測(cè)量探頭的測(cè)量范圍內(nèi)，液面最高應(yīng)在盲區(qū)距離外。在特殊場(chǎng)合，會(huì)要求盲區(qū)很小，這個(gè)時(shí)候可以考慮小盲區(qū)超聲波液位計(jì)，其盲區(qū)一般只有4～6cm。但其量程很小，只有0.6m。在很多液位測(cè)量的領(lǐng)域，因?yàn)榭臻g的限制，安裝條件的限制，需要盲區(qū)很小的超聲波液位計(jì)。

5.超聲波液位計(jì)使用注意事項(xiàng)

由于測(cè)量探頭發(fā)射的功率大，測(cè)量探頭也有一定的使用壽命，通過(guò)測(cè)量探頭輸出的電壓或電流變化來(lái)判斷其好壞?，F(xiàn)在測(cè)量技術(shù)智能儀表被廣泛應(yīng)用，超聲波液位計(jì)測(cè)量大多與智能變送器配套使用，但由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的復(fù)雜，可能造成智能儀表的損壞及整定參數(shù)的丟失，以致測(cè)量系統(tǒng)不能正常工作，這時(shí)更換變送器或重新整定測(cè)量系統(tǒng)工作參數(shù)。

超聲波液位計(jì)的注意事項(xiàng)：

耐溫能力有限，大多數(shù)小于60℃，個(gè)別特殊產(chǎn)品可達(dá)100℃;真空環(huán)境下無(wú)法測(cè)量，壓力的大幅波動(dòng)影響測(cè)量精度;安裝時(shí)盡量避開(kāi)氣泡、障礙物、波浪等干擾因素。

6.結(jié)束語(yǔ)

超聲波液位計(jì)是非接觸測(cè)量中應(yīng)用比較廣泛的智能化測(cè)量?jī)x表，具有測(cè)量技術(shù)先進(jìn)，測(cè)量精度高，測(cè)量范圍廣，長(zhǎng)期運(yùn)行穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。超聲波液位測(cè)量技術(shù)在石油化工企業(yè)液位測(cè)量過(guò)程中發(fā)揮著重要的作用。

參考文獻(xiàn)

[1]劉常滿.熱工檢測(cè)技術(shù)[M].中國(guó)計(jì)量出版社，2005，9.

[2]吳文德主編.熱工測(cè)量及儀表[M].北京：中國(guó)電力出版社，2001，1.