超聲波液位計原理
安裝在容器頂部的傳感器探頭向容器底部(物料表面)發(fā)射超聲波，當(dāng)超聲波被發(fā)射到被測物體表面上時，經(jīng)由物料表面反射，超聲波再返回到傳感器探頭上。超聲波液位計型超聲波液位計內(nèi)部自帶計算物料高度的功能。
在眾多生產(chǎn)環(huán)節(jié)里，需要對物料的物位進行跟蹤和監(jiān)測，并將獲得的數(shù)據(jù)如實反饋到控制系統(tǒng)中進行系統(tǒng)開閉環(huán)及聯(lián)鎖控制，從而保證工業(yè)生產(chǎn)正常運轉(zhuǎn)。發(fā)電廠中的冷卻水塔液位與冷卻泵及機組有著重要電氣聯(lián)鎖，因此液位計是否真實反映水位并反饋到控制系統(tǒng)，關(guān)系到機組運行的穩(wěn)定。超聲波液位計不僅測量范圍廣，而且其分體式產(chǎn)品能進行H八RT通訊及編程。這類液位計一般用于罐類、蓄水池等容器類設(shè)備物料料位的測量。本文介紹超聲波液位計在發(fā)電廠冷卻水塔中的應(yīng)用，并提出日常運行與維護以及儀表工作中的注意事項。
假設(shè)超聲波的傳輸距離為S，
傳輸時間為T，
超聲波在空氣中的傳播速度為V，
則:S=VT/2 02超聲波液位計的性能
(1)高能量。超聲波液位計自帶的高能量可以穿透粉塵、蒸汽、泡沫及其他十?dāng)_類的物體，而超聲波液位計型傳感器即使表面附著超過1 cm粘物，也能正常測量。
(2)低頻率。頻率的大小與傳輸距離、波長有關(guān)。頻率越低，穿透能力越強，波長越大，能量也就越大。越低的頻率能使超聲波穿透能力更強，他物十?dāng)_性變?nèi)酰ＷC超聲波反射的強度，超聲波液位計型能將發(fā)射頻率降低到4 kHz，能測量到更遠的距離。
(3)自動增益。超聲波液位計型超聲波液位計能根據(jù)工況的不同，位置地理條件及環(huán)境的不同，有差別性地決定聲波的回波能量大小，并能夠自動調(diào)節(jié)增益，可在惡劣的工況環(huán)境中使用。
(4)回波識別技術(shù)。在惡劣的工況環(huán)境中，需要識別聲波中的雜波以去除十?dāng)_波，超聲波液位計借鑒了雷達測距的回波技術(shù)，使用其的Goshawk軟件進行識別操作。
(5)IP防護等級。國家標準UB4208-84和國內(nèi)電工委員會標準IEC529-76關(guān)于外殼防護等級的有IP65防噴水型和IP68潛水型。在防護等級的選擇中，考慮到冷卻水塔內(nèi)環(huán)境常年潮濕，水汽充足，選擇防護等級為IP68的探頭，以防止水汽及其他原因?qū)鞲衅魈筋^的腐蝕及損害。
(6)盲區(qū)。頻率越低，盲區(qū)越大，在參照相關(guān)選型表所列舉的數(shù)據(jù)并根據(jù)現(xiàn)場的實際情況，應(yīng)盡量選擇盲區(qū)小并能滿足實際工況的產(chǎn)品。對于超聲波液位計，可以在軟件參數(shù)中糾正一部分盲區(qū)參數(shù)，這樣可以減少硬件產(chǎn)品升級而需要的設(shè)備費用。
(7)頻率。考慮到外部環(huán)境及江南地區(qū)季節(jié)因素的影響，選擇30 kHz傳感器用于冷卻塔液位的監(jiān)測，可以保證液位參數(shù)的準確性。
3硬件安裝
*先要熟悉現(xiàn)場的工況環(huán)境及相對濕度，進行現(xiàn)場勘察后再進行安裝。安裝方式包括管口安裝、平面安裝及立管安裝三種。安裝要求:傳感器要與液體表面垂直安裝，遠離液面;避免障礙物十?dāng)_發(fā)射器正常工作;遠離磁場的十?dāng)_;正確設(shè)置盲區(qū)距離;聲束角位置需符合要求。傳感器的安裝如圖1所示。
圖1傳感器的安裝
4軟件設(shè)置
軟件部分參數(shù)設(shè)置如圖2所主要包括以下部分。
圖2參數(shù)設(shè)定
(1) QuickSet:主要對物料的測量范圍及應(yīng)用方式進行快速設(shè)定，包括Low Lever Hi Lever和八pplicationType o
(2) Output八.dj:主要對電流輸出信號進行調(diào)整，由4mA adj和20mA adj組成，以彌補傳輸至PLC的電流偏差導(dǎo)致中控數(shù)據(jù)偏離。
(3)TX Setup:增益部分，增益比例的設(shè)置可以提高傳感器防十?dāng)_能力。
(4) Tranking:一般在廠內(nèi)設(shè)置，現(xiàn)場安裝及調(diào)試時不建議修改其中的參數(shù)值。
5儀表通訊
由于冷卻水塔內(nèi)常年潮濕，因此選擇分體式超聲波液位計用于冷卻水塔液位的監(jiān)測。傳感器探頭與儀表連接，儀表端4^-20 m八電流信號接至電氣室PLC模擬量輸入點。傳感器參數(shù)除了可使用自帶面板按鍵設(shè)置外，還可以外接HART通訊線，連接電腦進行參數(shù)設(shè)定(由于儀表端長期外露，按鍵容易失效，在特殊情況下需要設(shè)置時，可以用HART線連接后進行外部設(shè)定，從而能避免這類問題，而且能通過自帶軟件進行傳感器波形矯正)。
6超聲波液位計日常運行與維護注意事項
(1)水蒸氣會明顯導(dǎo)致聲波穿透力下降，因此在日常運行中需通過增加增益的方式來彌補，但這種方式識波靈敏度會更加敏感，需要多次調(diào)試。
(2)傳感器探頭與水面間應(yīng)無管路及障礙物，否則會影響超聲波的反射。
(3)泡沫會吸收能量，甚至?xí)谖障聦?dǎo)致斷線超量程的情況。所以在冷卻水處理階段，運行人員一定要密切觀察冷卻水的表面情況，防止因水處理中添加剝離劑而使冷卻水浮面有大量泡沫，使探頭探測失靈，以至聯(lián)鎖跳停機組。
(4)冷卻水的降溫方式包括塔頂?shù)睦鋮s風(fēng)扇和開式結(jié)構(gòu)強制及自然降溫，氣流的速度一般不會超過50km/h,強大的氣流通過勢必會影響聲波的發(fā)射和反射，此項在初期設(shè)計時需考慮。
(5)溫度不同，聲波傳播的速度也不同，為了能夠準確地反映物料實際測量值，在條件允許的情況下盡量選擇頻率小、穿透能力強的型號，以避免溫度對傳感器的影響。
7結(jié)語
選用超聲波液位計實現(xiàn)冷卻水塔液位監(jiān)測，安裝調(diào)試和后期維護工作量小，抗十?dāng)_能力強，能及時有效地反映真實的液位高度，在實際運用中，米發(fā)生過因為儀器故障導(dǎo)致跳機的事故。
