浅析SONIC超声波液位计的应用

曾宗华

【摘 要】文章首先阐述了SONIC一体化智能非接触式超声波液位计的工作原理及主要技术指标、仪表参数设置及探头安装应具备的条件等，其次针对该液位计在来宾华锡冶炼有限公司锌浸出生产工序的使用情况、存在的问题及其改进措施做了详细论述，最后从仪表质量、工艺、环境要求及仪表维护方面提出确保液位计正常使用的建议。

【关键词】超声波液位计；工作原理；探头；上清贮槽；液位；应用实例；仪表维护；环境因素

【中图分类号】TD94 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2016）08-0078-03

0 前言

来宾华锡冶炼有限公司（简称来冶公司）锌浸出工序采用“热酸铁矾法沉铁”连续浸出工艺，在生产过程中产生的中、低、高、沉矾4种上清液分别送到相对应的中、低、高、沉矾上清贮槽作为生产中转。在正常生产中，需要及时了解各段上清贮槽的精确液位，这对整个锌系统的生产指挥、操作都非常重要。因为在实际生产过程中，各上清贮槽的液位如果控制不当，冒槽现象不可避免，就会造成环境污染和有价锌金属的流失。而检测各上清贮槽的液位是湿法炼锌过程中确保体积平衡的一个重要过程参数。2011年，来冶公司从斯奥特自动化仪表有限公司引进了SONIC一体化智能非接触式超声波液位计用于锌浸出工序各上清贮槽液位的动态检测，在生产中起到了举足轻重的作用。

1 超声波液位计工作原理及主要参数

1.1 工作原理

SONIC一体化智能非接触式超声波液位计，主要由探头（包括传感器、信号变送器组合）和数显控制仪表组成，采用先进的智能检测和计算机技术。该液位计是一体化设计，传感器和信号变送器均装在探头中，结构紧凑，传感器与信号变送器之间不需外部接线，减少了信号损失，抗干扰能力强，可在现场就地显示（如图1所示）。它具有测量精度高、抗干扰信号能力强等特点，广泛应用于各种贮槽液位的测量。超声波传感器在微处理器的控制下发射和接收超声波，并由超声波在空中的传播时间（t）来计算出超声传感器与被测物之间距离（S），由于声波在空中传播速度（c）是一定的，根据计算公式S=ct/2可计算出超声传感器与被测液面之间的距离（S），超声传感器与上清贮槽底部距离（空距）H是一定的，故被测上清贮槽液位h=H-S。其中，h为超声波液位计显示液位数值（贮槽底部到液面之间的距离），H为空高（超声传感器底面与上清贮槽底部之间距离），S为超声传感器底面与被测液面之间距离（如图1所示）。

1.2 主要参数

SONIC一体化智能非接触式超声波液位计的主要参数见表1。

2 超声波液位计安装与调试

2.1 液位计探头（传感器）的安装及满足条件（如图2、图3所示）

一体化液位计仪表的安装十分方便，可直接利用探头上螺纹和螺帽通过法兰直接固定在贮槽顶部或安装在支架、立管上，并满足以下条件。

（1）探头要垂直液面安装，如果采用支架安装要固定牢靠，避免支架摇摆影响测量精度。

（2）探头安装必须高于最高液位40～60 cm，避免测量进入仪表盲区，导致仪表在此区域无法正常工作。

（3）在超声波10 °发射角内不应有障碍物，避免发生错误回波。

（4）探头要避免阳光直晒，保证与环境温度一致，以确保测量准确。

（5）要避免探头受到振动，安装时可在探头与法兰或支架之间加入橡胶垫，用来消除振动影响。

2.2 超声波液位计参数设置

2.2.1 参数代码意义

PASS为密码输入（通过仪表键盘输入数字进入参数设定）；P-00为空距（设成探头底面到液位值为0位置距离）；P-01为满度（20 mA电流设定点）；P-02为测量盲区（盲区是探头底面到测量液面的最小距离，在这一区间内仪表无法正常工作，一般取值30～60 cm）；P-03为测量数据的变化率，一般测液位时设定为10～30 mm；P-04为显示距离与液位的切换，设定为“00”时显示距离、“01”时显示液位。

2.2.2 参数设置操作

在实际操作中，只要根据仪表说明书中给出参数设置流程，按步骤进行操作就可以了，一般情况下，只要测量出各上清贮槽的最高液面（仪表量程）和探头底面到贮槽底部的距离（空距），然后通过键盘输入空距和满度值，仪表即可进入正常工作状态。

3 应用实例与存在问题、改进措施

3.1 实例

2011年，来冶公司引进SONIC一体化超声波智能非接触式液位计安装于锌浸出工序的低浸6#、7#，中浸9#、10#，沉矾3#、4#上清贮槽中使用。生产现场操作人员反映该超声波液位计具备现场显示功能，还可通过接入二次数显仪表，在主控操作室集中显示，并有超限报警功能，当某上清贮槽液位超出所设定贮槽液位报警数值时，仪表会发出报警信号提醒岗位操作人员及时采取相应措施，避免出现冒槽现象。通过现场测量上清贮槽实际液位，再与液位计实际显示读数相比较，进行在线标定证实该液位计质量可靠，运行稳定性高，其测量精度达到设计要求。由于各上清贮槽液位得到有效控制，岗位操作人员可随时了解各贮槽液位情况，这样既方便工艺技术员现场指导岗位人员按生产过程参数变化情况进行操作，同时也可避免贮槽内溶液溢出发生冒槽现象，避免有价金属流失和出现污染环境的问题，从而有效地保证了锌浸出工序生产正常有序开展。

3.2 问题与分析

安装在上清贮槽上方的超声波液位计，在夏季使用比较正常，但到了冬季就容易出现问题，如仪表显示数值出现漂移、显示不稳定、仪表故障率高。经分析后得知，来冶公司的锌浸出工序是采用高温高酸湿法炼锌工艺，一旦冬季来临时，上清贮槽槽面上会产生大量带有酸雾的水蒸气，它对超声波探头有较强的腐蚀性。当带有酸雾的水蒸气经探头的电源及信号电缆进出线孔进入探头内部后，会造成液位计测量数值不稳定，严重时会导致液位计电路板短路烧坏。同时，带酸雾的水蒸气会对电路板造成严重腐蚀，大大缩短了液位计的使用寿命。此外，超声波探头处于85 ℃左右环境温度下使用，已超出仪表正常工作温度范围，导致个别探头（传感器、变送器）仪表电路中的电子元件工作不稳定，使测量数值出现漂移现象，仪表读数失真，不能真实地反映上清贮槽的实际液位，对生产造成较大影响。

3.3 改进措施

针对上述问题，来冶公司与仪表生产厂家共同探讨，使问题很快得到圆满解决。对探头进入水蒸气的问题，建议厂家在仪表出厂时增强探头表面的密封性，特别是对进出线孔要进行密封处理，在安装过程中采用硅胶对进出线孔进行二次密封处理，避免带有酸雾的水蒸气进入探头内部，造成电路短路及电子元件被腐蚀而损坏。对个别仪表读数不稳定的问题，经与厂家技术人员分析后一致认为是个别电子元件存在质量问题，当环境温度高于仪表正常工作温度时，电路容易出现温漂现象，造成仪表显示不稳定。针对电子元件的温漂问题，厂家对仪表電路重新进行优化设计，并对故障探头内的电路板进行更换。以上2个问题得以解决后，不仅超声波液位计的使用寿命大大延长了，确保了来冶公司锌浸出工序生产正常，而且还大大减少了仪表维修工作量，降低了生产计量成本。

4 仪表维护

超声波液位计经安装调试投入生产运行后，能否精确测量各贮槽液位，除了与仪表本身质量及使用现场环境因素有很大关系外，搞好日常的仪表操作与维护工作也是至关重要的。岗位操作和仪表维修人员要对液位计的结构、测量原理有充分了解，并要求定期巡检，注意观察一、二次仪表显示数值是否正常。当发现超声波液位计一、二次仪表显示数值不符时，一定要及时通知仪表维修人员重新调校、修正，避免仪表不正常读数误导生产管理者出现错误指挥及岗位操作人员出现误操作，避免对生产造成重大的影响。

5 结论

超声波液位计在来冶公司的锌浸出工序中得到推广应用，基本满足生产需要。虽然在实际应用中出现了一些问题，后经与生产厂家共同攻关，问题得以圆满解决。由此可见，确保超声波液位计正常使用的前提条件是必须充分考虑使用现场生产工艺及所测介质环境因素的影响，这对于SONIC一体化智能非接触式超声波液位计的进一步推广应用，具有非常重要的现实意义。

参 考 文 献

[1]宋继红.超声波液位检测仪的设计[D].长春：吉林大学，2007.

[2]刘志勇.超声检测技术在洗水净化环节的应用[J].煤炭科学技术，2013（S2）.

[3]钱勇.超声波检测技术在长输油管道的应用研究[D].黑龙江：东北石油大学，2013.

[责任编辑：陈泽琦]