超聲波液位計在化工生產應用中的常見故障分析

孫德罡 齊學鵬

【摘要】在石油化工生產過程中應用超聲波液位計進行液位測量，經常會因為一些故障原因導致測量不準確，本文簡介了超聲波液位計的原理和使用優點，對超聲波常見故障問題進行了分析，并提出了使用過程中的注意事項。

【關鍵詞】超聲波;盲區;液位計;故障

1.前言

超聲波液位計安裝簡單、方便，屬于非接觸測量，且不受液體的粘度、密度等影響。但精度比較低，測試容易有盲區，不可以測量壓力容器，不能測量易揮發性介質。但使用中性能可靠，維護量小，在石油化工生產裝置中應用比較廣泛。

2.超聲波液位計的原理和優點

超聲波液位計的原理是測量一個超聲波脈沖從發出到返回整個過程所需的時間。超聲波液位計垂直安裝在液體的表面，它向液面發出一個超聲波脈沖，經過一段時間，超聲波液位計的傳感器接收到從液面反射回的信號，信號經過變送器電路的選擇和處理，根據超聲波液位計發出和接收超聲波的時間差，計算出液面到傳感器的距離。超聲波液位計測量有腐蝕（酸、堿）的介質、有污染的場合，或易產生粘附物的物質。適合于那些無法用物理方式接觸的液體。超聲波液位計針對腐蝕性、有結層或者是含酸堿廢水來說，都是一種非常理想的測量工具。超聲波液位計可測量的介質包括鹽酸、硫酸、氫氧化物、廢水、樹脂、石蠟、泥漿、堿液和漂白劑等工業用劑，廣泛應用于水處理、化工、電力、冶金、石油、半導體等行業。超聲波液位計的優點：非接觸式測量;無可動部件、結構簡單、使用壽命長;耐腐蝕（探頭大多采用PVDF、PP等材料）;自動溫度補償功能;不受介質濕度、粘度的影響;不受介質介電常數、電導率、熱導率的影響;優異的性能價格比。

3.超聲波液位計故障燈問題

3.1 頂部藍色故障燈

在超聲波持續零液位時，頂部燈亮，輸出電流為22MA。而且隔一段時間后恢復液位時，故障不能自動解除，需斷電重啟后正常。出現這種故障是安裝附件的選擇問題。超聲波的發射除了平面頭外，在螺紋這里也是有發射的。如果持續的零位，在加上安裝件選用金屬支架。超聲波液位計就會識別到支架部分的信號強度大于平面頭接收的信號強度。而金屬支架部分與發射波之間處于盲區距離。所以超聲波處于保護狀態，故障燈常亮，輸出22MA。

解決的辦法就是選用非金屬支架。因為選用非金屬支架后，螺紋處的發射波能穿透出去，而零點液位的回波信號絕對會大于螺紋處的回波信號。

3.2 因編程原因導致頂部故障燈常亮

經調試與重新編程后，頂部故障燈常亮，輸出電流為22MA。出現這種故障情況，還是在編程與調試過程中，未能按照說明書要求。造成的程序紊亂而自保狀態。在調試編程超聲波液位計時，未能等到指示燈正常閃動，或則編程方法步驟根本不對，處于不穩定的編程調試。如果多次反復未依要求編程調試，超聲波液位計將拒絕工作而自保。出現這種故障的解決方法是先將超聲波液位計按要求復位，在進行重新編程。如果在未復位的情況下多次再編程，會出現以上故障。

4.超聲波液位計在測量中常見的問題分析

4.1 由于電源電壓波動引起的測量不準

對于單探頭的測量裝置，同一測量探頭既做發射器又做接收器，那么在發射超聲波時，當探頭上加了較高的激勵電壓，會使盲區距離加大，使測量的范圍產生變化，有可能超出測量的范圍;當探頭上電壓過低，由于測量距離較遠，可能接受不到回返的信號，這樣本來能正常工作，現在不能正常工作，或產生測量錯誤，這時需要調整電源電壓到額定值，使探頭正常工作。

4.2 所選測量的量程不合適

由于盲區距離的存在及超聲波在傳播過程中會產生衰減，因此利用超聲波測量液位有一定的測量范圍，不是無限制的，所以應選擇合適的探頭及工作方式。

4.3 測量傳播介質引起的故障

在測量中，傳播介質中含有較大的液滴顆粒時（本論述是對氣體測量方式而言，液體式測量方式與固體式測量方式，傳播介質中含有其他雜質，與氣體式產生結果基本一樣，只有稍微不同，這里不再多述），當超聲波遇到這些液滴時會產生散射和反射，這些液滴也會吸收超聲波，造成超聲波的衰減，從而造成測量錯誤、虛假測量或者測量探頭無法工作，這種現象在我國的北方地區，尤其是冬天更是常見。當這些液滴附到測量探頭表面時，危害更大，一方面會使測量探頭不能工作，另一方面時間過長液滴可能會腐蝕探頭表面，使測量探頭永遠不可用，因此應及時通過通風和擦拭，并加裝過濾裝置，對測量探頭加裝保護罩。當液滴顆粒較小且沒有附到探頭表面時，也可以采用大功率的探頭或雙探頭測量方式解決。

4.4 測量液位液面引起的故障

當被測液位液面附有其他雜質或液面很不平時，超聲波遇到漫反射或波束反射到其他方向，而回到測量探頭的超聲波很少，超出測量探頭靈敏度范圍，這樣測量探頭測不到波束，不能反映，無法正常工作，這時應在測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

超聲波液位計是有盲區的，如同人的眼睛一樣，盲區是當物體離眼睛非常近的時候，反而看不清楚了，這一段距離就叫盲區。超聲波液位計的盲區，根據量程的不同，盲區也不同。量程小，則盲區小，量程大，則盲區大。但一般都在30cm-50cm之間。所以一般在安裝超聲波液位計的時候盲區一定是要考慮進去的。超聲波測量探頭應垂直安裝到合適的位置，當安裝傾斜時，測量探頭發出的超聲波束就會反射到其他方向，測量探頭的收不到超聲波束，不能正常工作，所以應校正重新安裝，當測量探頭距液面過近或過遠時，也影響測量，所以測量探頭應安裝到距液面合適的位置，使液面高度變化范圍在測量探頭的測量范圍內，液面最高應在盲區距離外。在特殊場合，會要求盲區很小，這個時候可以考慮小盲區超聲波液位計，其盲區一般只有4～6cm。但其量程很小，只有0.6m。在很多液位測量的領域，因為空間的限制，安裝條件的限制，需要盲區很小的超聲波液位計。

5.超聲波液位計使用注意事項

由于測量探頭發射的功率大，測量探頭也有一定的使用壽命，通過測量探頭輸出的電壓或電流變化來判斷其好壞。現在測量技術智能儀表被廣泛應用，超聲波液位計測量大多與智能變送器配套使用，但由于現場環境的復雜，可能造成智能儀表的損壞及整定參數的丟失，以致測量系統不能正常工作，這時更換變送器或重新整定測量系統工作參數。

超聲波液位計的注意事項：

耐溫能力有限，大多數小于60℃，個別特殊產品可達100℃;真空環境下無法測量，壓力的大幅波動影響測量精度;安裝時盡量避開氣泡、障礙物、波浪等干擾因素。

6.結束語

超聲波液位計是非接觸測量中應用比較廣泛的智能化測量儀表，具有測量技術先進，測量精度高，測量范圍廣，長期運行穩定性好等特點。超聲波液位測量技術在石油化工企業液位測量過程中發揮著重要的作用。

參考文獻

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