淺談超聲波液位計在排水系統中的應用

　　一、概述
　　
　　超聲波液位計是一種非接觸式液體測量儀。可用于測量各種容器式管道內液體的液位高低和流量大小，也可以用于水渠、水庫、江河和湖海水位的測量中，尤其適用于污水、有腐蝕性的場合，如城市排水泵站攔污柵前后水位、水廠加藥礬池等水位的測量。由于城市污水以及凈水劑聚合氧化鋁腐蝕性強，若采用接觸式壓力水位計，必須將傳感器插入污水中，這樣探頭很快就會腐蝕，影響正常測量。此外，超聲波液位計測量精度高，安裝維護簡便，可以同時測量水位、水位差及用料量等特點。因此得到愈來愈廣泛的應用。
　　
　　二、超聲波的工作原理
　　
　　超聲波液位計的探頭安裝在受測液體的上方，探頭受電激勵后，通過空氣向其下的液體發射超聲波，超聲波將被液體反射，回波被探頭接收和監測，并被轉換為電信號。超聲波在發射和接收之間所需的時間是與探頭和液體表面之間的距離成比例的，例如間距D是由聲波速度C和傳輸時間t所決定的如公式（1）所示:
　　
　　D=C*t/2（1）
　　
　　正常情況下聲波在空氣中的傳播速率為340m/s，如果傳輸時間為toms，則相對應的傳輸距離為3.4m，因此間距為1.7m。超聲波液位計實際測量的是液面變化的高度，通過預先對超聲波液位計的設定，可換算成實際液體的深度。
　　
　　三、超聲波液位計應用簡介
　　
　　FMU系列超聲波液位計設計精巧，安裝使用方便，精度高，經久耐用，抗干擾性質好，可單獨使用，也可與計算機PLC相連接使用。常用型號有860型（測量密封容器液位）,861型（測量液位和流量）和862型（采用雙探頭，可同時測量兩處不同液面高度，即可以測量出液位差）。FMU系列超聲波液位計由儀表和探頭兩部分組成，可應用于各種不同的場合。
　　
　　1.液位計儀表
　　
　　超聲波液位計儀表面板上有數字顯示和參數設置觸模按鍵;儀表下部有務組接線端子，分別連接220V電源、繼電器和傳感器探頭等設備。液位計的儀表部分一般應垂直安裝在墻上適當的高度，一定要安裝牢固，方便用戶觀察和進行設置操作。
　　
　　2液位計探頭及其安裝
　　
　　液位計探頭（傳感器）有五種型號，可用于測量液體深度，也可用于測量固體高度。為了保證測量準確，探頭帶有自動清除其表面覆蓋的冰雪的功能。在安裝時，戶外探頭應加保護罩，以避免陽光直射和雨淋，并垂直安裝在支架上。探頭離液面距離要根據液體漲落的zui大深度和探頭的量程來決定。如果測量的是污水等漂有其他雜質的液體，則應在探頭下方安裝鐵絲網圍井，將漂浮的雜質隔離在探頭正確測量范圍之外。鐵絲網目可根實際需要隔離的zui小雜質的大小而定，也可采用兩層鐵絲網，外層目大些，里面一層目小些。絲網采用不銹鋼絲網，以免腐蝕過快，影響液位計的正常工作。圍井直徑一般1米左右。
　　
　　探頭自帶巧米長的信號電纜，但監測點一般離安放液位計二次表或計算機的控制室距離較遠，需要加接延長電纜，由于國外屏蔽電纜價格太高，根據說明書上的要求和市場調查，選取截面積較大的屏蔽電纜作為延長纜線，每芯zui大電阻6歐姆，zui大長度不超過300米，選用質量較好的中國臺灣雙屏蔽電纜，并且接地良好，否則將影響測量性能。對于不好鋪設電纜的情況，可以采用無線采樣模塊與液位計探頭相連，在控制室同樣用無線采樣模塊進行接收，從而更加靈活方便，zui大距離為500米左右。
　　
　　3.超聲波液位計的設置
　　
　　根據超聲波液位計的工作原理，計算探頭發射和接收超聲波所經過的時間，測量出來是探頭與液體表面之間的距離，為了顯示與液位高度，就需要進轉換，因此要對液位計進行必要的參數設置。將初始化時液位高度、zui高液位和zui低液位等參數設置好，經過線性化處理，使之能動態地測量出變化液體的深度。此外，超聲波液位計也可通過網絡與工控機相連，為了使在計算機組態界面中顯示的數據與超聲波液位計顯示的數據一致，還要將一些參數進行適當的修正和調整。基本設置如下:
　　
　　1）設置單位（米或英尺），缺省設置（米）;
　　
　　2）設置被測物體模式:①流體，②水位變化，③圓封口，④固體，⑤傳送帶;
　　
　　3）設置空值（米）;
　　
　　4）設置滿值（米）;
　　
　　5）設置傳感器（探頭）型號;
　　
　　6）設置繼電器連接外部報警限位開關等設備;
　　
　　超聲波液位計設置完成后，還應該進行調試和根據當時實際液位高度進行調整，以保證液位計正常工作和測量數據的準確。如果連接到計算機系統中，還應該對計算機上的液位顯示值進行適當的調整，使之和液位計上的顯示值相等。zui后，超聲波液位計一旦設置好就不要隨便亂動，以免影響正常工作。
　　
　　四、液位計的應用
　　
　　由于超聲波液位計具有許多特點，尤其是非接觸式測量，因而可以廣泛應用在化工企業的反應器、反應罐等容器和各種需要計算流量的管道、水渠中。目前還廣泛應用于江、河、湖、海的水位測量，不僅測量準確還可連續測量和詳細記錄水文資料，而且避免了在下暴雨時和汛期人工去水邊看水位標尺的困難和危險。大大減輕了水文觀測人員的勞動強度，提高了監測的科學性。
　　
　　通過對FMU系列超聲波液位計的應用研究，利用其非接觸測量的優點，實際應用在城市、大型學校排水泵站遠程數據采集監測系統中，對分部在城市、學校各處的泵站攔污柵柵前、柵后的水位進行自動監測，可為城市、學校的排污和凈化環境做出重大貢獻，取得良好的社會效益和經濟效益。此外，FMU系列超聲波液位計工作穩定、性能可靠，可以推廣應用。