超聲波液位計在氧化鋁生產中的應用分析

　　
　　1提出問題
　　在氧化鋁生產過程中,為了準確計算和控制物料平衡,防止空槽和冒槽事故的發生,提高產量,節能降耗,有許多高大的液態物料貯槽需要進行液位測量,如料漿槽、原液槽、赤泥貯槽、沉降槽、種分槽等等。這些液位測量的場合,一般都具有介質溫度高、易結疤、量程大,且環境粉塵較大的共同特點,給液位測量帶來很大困難,以前的許多種液位測量儀表在這些場合都不能長期穩定工作。本文就這一問題,做簡略的分析探討。
　　2各類液位測量儀表性能比較
　　首先,要對各類液位測量儀表的性能做一下比較分析,看究竟哪一種zui為適合氧化鋁生產過程中的液態物料特點。液位測量儀表品種繁多,但可以分為兩大類,即接觸式和非接觸式兩種。象電容式、浮球式、浮子式、壓力式等均屬接觸式液位測量儀表,它們在進行液位測量的過程中,檢測傳感元件和被測介質直接接觸,如果在氧化鋁生產中應用,檢測傳感元件上很快就會結上一層厚厚的“疤”,從而使得儀表不能正常工作。
　　至于非接觸式液位測量儀表,主要有放射性同位素式和超聲波式兩種。對于放射性同位素式液位計,由于它的量程較小,因此不能解決氧化鋁生產中高大液態物料貯槽液位測量的“大量程”問題。而超聲波液位計,它不僅量程范圍廣,可用于大量程測量的場合,而且做到了非接觸測量,不受介質“結疤”的影響。因此,相對而言,它是氧化鋁生產中*比較合適的一種液位測量儀表,但是,超聲波液位計的應用要受到介質溫度、環境溫度、被測液面波動程度和其它諸多外界環境因素的制約。這些制約因素會嚴重影響超聲波液位計的測量準確度。如果不能準確分析這些制約因素對超聲波液位計的影響程度,就不能正確使用超聲波液位計。為此,需要對它的基本工作原理有所了解,然后再做進一步分析。
　　3超聲波液位計原理簡述
　　連續測量指示式超聲波液位計,按其檢測方式的不同可以分為四類,即：液介導聲式、氣介導聲式、聲波導管式和固介導聲式。其中以氣介導聲式超聲波液位計在氧化鋁生產中應用較為合適,下面以此為例介紹超聲波液位計的基本工作原理。
　　根據聲學原理,當聲波從一種介質向另一種介質傳播時,在兩種密度不同,聲速不同的介質分界面上,傳播方向會發生改變,即：一部分被反射（反射角=入射角）,另一部分折射入相鄰介質內,假設兩種介質的密度分別為D1和D2,聲波在兩種介質中的傳播速度分別為V1和V2,反射波的聲強為IK,人射波聲強為IE,則存在如下關系：
　　式中α為入射角,β為反射角,D1和D2分別為兩種介質的聲阻抗。
　　

當聲波垂直入射時（α=β=0）,其反射率為：

當聲從氣體傳播到液體或固體或相反的情況下,由于兩種介質的密度相差懸殊,則D1V1與D2V2之值相差甚遠,故R近似等于1,即反射率接近,聲波幾乎全部被反射。

綜上所述,影響超聲波液位計測量準確度的因素,主要有被測介質上方空氣的溫度及壓力變化,以及被測介質的環境溫度,介質上方的蒸汽量,液面波動程度等。其中溫度變化引起的測量誤差,可以通過儀表本身的溫度補償裝置給予校正；而壓力變化的情況在氧化鋁生產中并不常見,故在此不予考慮。

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