非接觸式超聲波技術在火電廠料位測量中的應用

　　所有以煤作為燃料的電廠都有一個灰料處理系統。在工藝上zui難處理的是那種飛灰料位的測量，即鍋爐燃燒后排出來的細小的灰塵，這種灰塵細如*且是惰性材質，而且也不易沉降，故許多產品技術在此應用中均受到了限制。這就給電廠灰倉或庫料位的測量帶來了很大的困難。偶然間從國外的雜志上看到美國GeorgiaPacific電力公司使用的美國索爾公司ULT系列非接觸式超聲波物位變送器成功地完成了煤灰的料位
　　
　　檢測。于是到美國索爾公司中國代表處并細心研讀了其資料，并經過了多次的探討，同時也了解了此產品在中國一些電廠使用的情況，這才有了本文的由來。
　　
　　1、煤灰倉料位測量具體難點問題
　　
　　在這里還想引用GeorgiaPacific公司的實例作說明。GeorgiaPacific電力公司是美國zui大的電力公司之一。在過去的幾年中，該公司灰料處理系統料位測量采用了多種測量原理的料位儀表。1997年該公司使用射頻導納料位計，起初還可以勉強測量，但到了1998年，測量誤差不斷增大，經過檢查發現探頭嚴重磨損，無法再滿足測量要求。隨后該公司嘗試了非接觸式的雷達料位計，但在試用過程中，雷達接收到的反射信號相當微弱，嚴重情況下幾乎接收不到反射信號。該公司連續試用了幾家公司的雷達產品，效果均不理想。分析原因，是由于雷達的反射信號受介質介電常數的影響，而此處被測的飛灰其介電常數非常小，從而導致雷達不能正常工作。
　　
　　非接觸式超聲波產品也是以前很多電廠的選擇，但由于在進料過程中產生的大量粉塵對發射出的超聲波有*的散射作用，使大部分的超聲波在未到達被測物位表面時，大部分聲波己被衰減，從而使反射回的回波微乎其微，無法確定是真實的物位還是飛灰造成的漫反射。更嚴重時，則沒有回波信號。
　　
　　我們還在有些電廠看到采用核技術來測量。但目前國電公司不太推薦核料位計的使用，主要原因是現場操作工人由于擔心核的輻射，自安裝后很少維護其產品。
　　
　　2、ULT非接觸式超聲波為解決測量困難的技術特性分析
　　
　　2.1關于非接觸式超聲波的技術原理，因為此項技術應用于工業領域的測量已有多年的歷史，己成為大家所熟知的產品，在這里就不想詳細贅述其工作原理，主要想花更多的筆墨來談一談為什么ULT可以解決其他超聲波產品不能很好應用的工況。
　　
　　2.2ULT區別與其他同類產品的特性之一--高能量超聲波發射
　　
　　我們知道發射超聲波是利用壓電效應原理，即發射電脈沖作用于超聲波探頭內的壓電晶體上，使之產生振動發射超聲波。因此超聲波所具有的能量就與激勵電脈沖的大小有關。激勵的電脈沖越大，產生的能量也就越強。ULT加載在壓電晶體上的激勵電壓為800V，是其他同類產品的十倍，可產生138dB的聲能，相當于噴氣式發動機工作時所產生的聲能。雖然其激勵電壓為800V，但由于產生的聲脈沖波只是在瞬間具有很低的電流，不會對人身造成任何傷害。高能量的聲脈沖波確保了其不會受懸浮的粉塵對聲波吸附及散射的影響而造成回波的丟失。同時也可解決對其他超聲波產品而言在固體料位進料和卸料的過程中所形成的錐形堆積面和瓶頸流需要加以輔助的安裝工具如萬向節才能完成的垂直于堆積面表面的安裝，而ULT只需從罐倉頂部豎直安裝即可，而不需要其他的輔助安裝工具。
　　
　　2.3ULT區別與其他同類產品的特性之二--低頻聲脈沖波發射（5Khz-30Khz）低頻聲脈沖波的波長長于高頻聲脈沖波，因此在相等的傳播距離內，低頻聲脈沖波會比高頻聲脈波遇到更少的媒介粒子的阻礙，從而其所依賴的傳播媒介會對其有更少的衰減作用（見圖一）。這就意味著低頻聲脈沖波比高頻聲脈沖波有更強的穿透能力。尤其是像粉煤倉工況下，當進料時會有大量的粉塵懸浮在倉內不容易沉降，低頻的優勢也就更突顯出來，可以完成80米的物位測量。這也解釋了為什么船上汽笛均采用低頻的原因。　　
　　2.4ULT區別與其他同類產品的特性之--自動的增益調節功能增益在這里更通俗含義是指靈敏度。舉例來說，當使用麥克風講話時，為使周圍的聽眾都能聽清楚講話人的聲音，則需要適當地調整控制麥克風音量以及音質的旋紐。這就是所謂的對靈敏度的調節。應用于ULT，當其靈敏度越強時，收到的回波也就越強。ULT是通過如圖二的增益曲線來實現的。　　
　　當料倉進料時，由于產生的大量粉塵會嚴重地散射聲波，造成超聲波探頭只能接收到少量的回波，其強度低于檢測的門限值，這時其內部的電子模塊就會根據收到的回波大小來自動地提高增益，使接收到的回波的強度增大直到滿足測量的要求。如圖三所示。
　　
　　正是由于ULT具有以上三大技術特性，使其能夠區別于其他的超聲波產品而出色地完成復雜苛刻的工況如粉煤灰料位的測量。同時它還帶有雙冗于供電（240VAC／24VDC）的功能，當其中一路電源由于故障掉電時，會自動切換到另一路電源，保證物位連續的檢測和數據的完整性。
　　
　　3、應用實例
　　
　　經過前面的介紹，我們已經比較熟悉了GeorgiaPacific電力公司的情況，他們在得知ULT的詳細情況后，隨即使用了一臺ULT非接觸式超聲波料位計，經過近一年的試用，發現ULT一直在準確而可靠的運行。到2001年8月GeorgiaPacific公司已經安裝了近40臺ULT系列超聲波物位計。