淺析SONIC超聲波液位計的應用

曾宗華

【摘 要】文章首先闡述了SONIC一體化智能非接觸式超聲波液位計的工作原理及主要技術指標、儀表參數設置及探頭安裝應具備的條件等，其次針對該液位計在來賓華錫冶煉有限公司鋅浸出生產工序的使用情況、存在的問題及其改進措施做了詳細論述，最后從儀表質量、工藝、環境要求及儀表維護方面提出確保液位計正常使用的建議。

【關鍵詞】超聲波液位計；工作原理；探頭；上清貯槽；液位；應用實例；儀表維護；環境因素

【中圖分類號】TD94 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2016）08-0078-03

0 前言

來賓華錫冶煉有限公司（簡稱來冶公司）鋅浸出工序采用“熱酸鐵礬法沉鐵”連續浸出工藝，在生產過程中產生的中、低、高、沉礬4種上清液分別送到相對應的中、低、高、沉礬上清貯槽作為生產中轉。在正常生產中，需要及時了解各段上清貯槽的精確液位，這對整個鋅系統的生產指揮、操作都非常重要。因為在實際生產過程中，各上清貯槽的液位如果控制不當，冒槽現象不可避免，就會造成環境污染和有價鋅金屬的流失。而檢測各上清貯槽的液位是濕法煉鋅過程中確保體積平衡的一個重要過程參數。2011年，來冶公司從斯奧特自動化儀表有限公司引進了SONIC一體化智能非接觸式超聲波液位計用于鋅浸出工序各上清貯槽液位的動態檢測，在生產中起到了舉足輕重的作用。

1 超聲波液位計工作原理及主要參數

1.1 工作原理

SONIC一體化智能非接觸式超聲波液位計，主要由探頭（包括傳感器、信號變送器組合）和數顯控制儀表組成，采用先進的智能檢測和計算機技術。該液位計是一體化設計，傳感器和信號變送器均裝在探頭中，結構緊湊，傳感器與信號變送器之間不需外部接線，減少了信號損失，抗干擾能力強，可在現場就地顯示（如圖1所示）。它具有測量精度高、抗干擾信號能力強等特點，廣泛應用于各種貯槽液位的測量。超聲波傳感器在微處理器的控制下發射和接收超聲波，并由超聲波在空中的傳播時間（t）來計算出超聲傳感器與被測物之間距離（S），由于聲波在空中傳播速度（c）是一定的，根據計算公式S=ct/2可計算出超聲傳感器與被測液面之間的距離（S），超聲傳感器與上清貯槽底部距離（空距）H是一定的，故被測上清貯槽液位h=H-S。其中，h為超聲波液位計顯示液位數值（貯槽底部到液面之間的距離），H為空高（超聲傳感器底面與上清貯槽底部之間距離），S為超聲傳感器底面與被測液面之間距離（如圖1所示）。

1.2 主要參數

SONIC一體化智能非接觸式超聲波液位計的主要參數見表1。

2 超聲波液位計安裝與調試

2.1 液位計探頭（傳感器）的安裝及滿足條件（如圖2、圖3所示）

一體化液位計儀表的安裝十分方便，可直接利用探頭上螺紋和螺帽通過法蘭直接固定在貯槽頂部或安裝在支架、立管上，并滿足以下條件。

（1）探頭要垂直液面安裝，如果采用支架安裝要固定牢靠，避免支架搖擺影響測量精度。

（2）探頭安裝必須高于最高液位40～60 cm，避免測量進入儀表盲區，導致儀表在此區域無法正常工作。

（3）在超聲波10 °發射角內不應有障礙物，避免發生錯誤回波。

（4）探頭要避免陽光直曬，保證與環境溫度一致，以確保測量準確。

（5）要避免探頭受到振動，安裝時可在探頭與法蘭或支架之間加入橡膠墊，用來消除振動影響。

2.2 超聲波液位計參數設置

2.2.1 參數代碼意義

PASS為密碼輸入（通過儀表鍵盤輸入數字進入參數設定）；P-00為空距（設成探頭底面到液位值為0位置距離）；P-01為滿度（20 mA電流設定點）；P-02為測量盲區（盲區是探頭底面到測量液面的最小距離，在這一區間內儀表無法正常工作，一般取值30～60 cm）；P-03為測量數據的變化率，一般測液位時設定為10～30 mm；P-04為顯示距離與液位的切換，設定為“00”時顯示距離、“01”時顯示液位。

2.2.2 參數設置操作

在實際操作中，只要根據儀表說明書中給出參數設置流程，按步驟進行操作就可以了，一般情況下，只要測量出各上清貯槽的最高液面（儀表量程）和探頭底面到貯槽底部的距離（空距），然后通過鍵盤輸入空距和滿度值，儀表即可進入正常工作狀態。

3 應用實例與存在問題、改進措施

3.1 實例

2011年，來冶公司引進SONIC一體化超聲波智能非接觸式液位計安裝于鋅浸出工序的低浸6#、7#，中浸9#、10#，沉礬3#、4#上清貯槽中使用。生產現場操作人員反映該超聲波液位計具備現場顯示功能，還可通過接入二次數顯儀表，在主控操作室集中顯示，并有超限報警功能，當某上清貯槽液位超出所設定貯槽液位報警數值時，儀表會發出報警信號提醒崗位操作人員及時采取相應措施，避免出現冒槽現象。通過現場測量上清貯槽實際液位，再與液位計實際顯示讀數相比較，進行在線標定證實該液位計質量可靠，運行穩定性高，其測量精度達到設計要求。由于各上清貯槽液位得到有效控制，崗位操作人員可隨時了解各貯槽液位情況，這樣既方便工藝技術員現場指導崗位人員按生產過程參數變化情況進行操作，同時也可避免貯槽內溶液溢出發生冒槽現象，避免有價金屬流失和出現污染環境的問題，從而有效地保證了鋅浸出工序生產正常有序開展。

3.2 問題與分析

安裝在上清貯槽上方的超聲波液位計，在夏季使用比較正常，但到了冬季就容易出現問題，如儀表顯示數值出現漂移、顯示不穩定、儀表故障率高。經分析后得知，來冶公司的鋅浸出工序是采用高溫高酸濕法煉鋅工藝，一旦冬季來臨時，上清貯槽槽面上會產生大量帶有酸霧的水蒸氣，它對超聲波探頭有較強的腐蝕性。當帶有酸霧的水蒸氣經探頭的電源及信號電纜進出線孔進入探頭內部后，會造成液位計測量數值不穩定，嚴重時會導致液位計電路板短路燒壞。同時，帶酸霧的水蒸氣會對電路板造成嚴重腐蝕，大大縮短了液位計的使用壽命。此外，超聲波探頭處于85 ℃左右環境溫度下使用，已超出儀表正常工作溫度范圍，導致個別探頭（傳感器、變送器）儀表電路中的電子元件工作不穩定，使測量數值出現漂移現象，儀表讀數失真，不能真實地反映上清貯槽的實際液位，對生產造成較大影響。

3.3 改進措施

針對上述問題，來冶公司與儀表生產廠家共同探討，使問題很快得到圓滿解決。對探頭進入水蒸氣的問題，建議廠家在儀表出廠時增強探頭表面的密封性，特別是對進出線孔要進行密封處理，在安裝過程中采用硅膠對進出線孔進行二次密封處理，避免帶有酸霧的水蒸氣進入探頭內部，造成電路短路及電子元件被腐蝕而損壞。對個別儀表讀數不穩定的問題，經與廠家技術人員分析后一致認為是個別電子元件存在質量問題，當環境溫度高于儀表正常工作溫度時，電路容易出現溫漂現象，造成儀表顯示不穩定。針對電子元件的溫漂問題，廠家對儀表電路重新進行優化設計，并對故障探頭內的電路板進行更換。以上2個問題得以解決后，不僅超聲波液位計的使用壽命大大延長了，確保了來冶公司鋅浸出工序生產正常，而且還大大減少了儀表維修工作量，降低了生產計量成本。

4 儀表維護

超聲波液位計經安裝調試投入生產運行后，能否精確測量各貯槽液位，除了與儀表本身質量及使用現場環境因素有很大關系外，搞好日常的儀表操作與維護工作也是至關重要的。崗位操作和儀表維修人員要對液位計的結構、測量原理有充分了解，并要求定期巡檢，注意觀察一、二次儀表顯示數值是否正常。當發現超聲波液位計一、二次儀表顯示數值不符時，一定要及時通知儀表維修人員重新調校、修正，避免儀表不正常讀數誤導生產管理者出現錯誤指揮及崗位操作人員出現誤操作，避免對生產造成重大的影響。

5 結論

超聲波液位計在來冶公司的鋅浸出工序中得到推廣應用，基本滿足生產需要。雖然在實際應用中出現了一些問題，后經與生產廠家共同攻關，問題得以圓滿解決。由此可見，確保超聲波液位計正常使用的前提條件是必須充分考慮使用現場生產工藝及所測介質環境因素的影響，這對于SONIC一體化智能非接觸式超聲波液位計的進一步推廣應用，具有非常重要的現實意義。

參 考 文 獻

[1]宋繼紅.超聲波液位檢測儀的設計[D].長春：吉林大學，2007.

[2]劉志勇.超聲檢測技術在洗水凈化環節的應用[J].煤炭科學技術，2013（S2）.

[3]錢勇.超聲波檢測技術在長輸油管道的應用研究[D].黑龍江：東北石油大學，2013.

[責任編輯：陳澤琦]