淺析SONIC超聲波液位計(jì)的應(yīng)用

曾宗華

【摘 要】文章首先闡述了SONIC一體化智能非接觸式超聲波液位計(jì)的工作原理及主要技術(shù)指標(biāo)、儀表參數(shù)設(shè)置及探頭安裝應(yīng)具備的條件等，其次針對(duì)該液位計(jì)在來賓華錫冶煉有限公司鋅浸出生產(chǎn)工序的使用情況、存在的問題及其改進(jìn)措施做了詳細(xì)論述，最后從儀表質(zhì)量、工藝、環(huán)境要求及儀表維護(hù)方面提出確保液位計(jì)正常使用的建議。

【關(guān)鍵詞】超聲波液位計(jì)；工作原理；探頭；上清貯槽；液位；應(yīng)用實(shí)例；儀表維護(hù)；環(huán)境因素

【中圖分類號(hào)】TD94 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2016）08-0078-03

0 前言

來賓華錫冶煉有限公司（簡(jiǎn)稱來冶公司）鋅浸出工序采用“熱酸鐵礬法沉鐵”連續(xù)浸出工藝，在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的中、低、高、沉礬4種上清液分別送到相對(duì)應(yīng)的中、低、高、沉礬上清貯槽作為生產(chǎn)中轉(zhuǎn)。在正常生產(chǎn)中，需要及時(shí)了解各段上清貯槽的精確液位，這對(duì)整個(gè)鋅系統(tǒng)的生產(chǎn)指揮、操作都非常重要。因?yàn)樵趯?shí)際生產(chǎn)過程中，各上清貯槽的液位如果控制不當(dāng)，冒槽現(xiàn)象不可避免，就會(huì)造成環(huán)境污染和有價(jià)鋅金屬的流失。而檢測(cè)各上清貯槽的液位是濕法煉鋅過程中確保體積平衡的一個(gè)重要過程參數(shù)。2011年，來冶公司從斯奧特自動(dòng)化儀表有限公司引進(jìn)了SONIC一體化智能非接觸式超聲波液位計(jì)用于鋅浸出工序各上清貯槽液位的動(dòng)態(tài)檢測(cè)，在生產(chǎn)中起到了舉足輕重的作用。

1 超聲波液位計(jì)工作原理及主要參數(shù)

1.1 工作原理

SONIC一體化智能非接觸式超聲波液位計(jì)，主要由探頭（包括傳感器、信號(hào)變送器組合）和數(shù)顯控制儀表組成，采用先進(jìn)的智能檢測(cè)和計(jì)算機(jī)技術(shù)。該液位計(jì)是一體化設(shè)計(jì)，傳感器和信號(hào)變送器均裝在探頭中，結(jié)構(gòu)緊湊，傳感器與信號(hào)變送器之間不需外部接線，減少了信號(hào)損失，抗干擾能力強(qiáng)，可在現(xiàn)場(chǎng)就地顯示（如圖1所示）。它具有測(cè)量精度高、抗干擾信號(hào)能力強(qiáng)等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種貯槽液位的測(cè)量。超聲波傳感器在微處理器的控制下發(fā)射和接收超聲波，并由超聲波在空中的傳播時(shí)間（t）來計(jì)算出超聲傳感器與被測(cè)物之間距離（S），由于聲波在空中傳播速度（c）是一定的，根據(jù)計(jì)算公式S=ct/2可計(jì)算出超聲傳感器與被測(cè)液面之間的距離（S），超聲傳感器與上清貯槽底部距離（空距）H是一定的，故被測(cè)上清貯槽液位h=H-S。其中，h為超聲波液位計(jì)顯示液位數(shù)值（貯槽底部到液面之間的距離），H為空高（超聲傳感器底面與上清貯槽底部之間距離），S為超聲傳感器底面與被測(cè)液面之間距離（如圖1所示）。

1.2 主要參數(shù)

SONIC一體化智能非接觸式超聲波液位計(jì)的主要參數(shù)見表1。

2 超聲波液位計(jì)安裝與調(diào)試

2.1 液位計(jì)探頭（傳感器）的安裝及滿足條件（如圖2、圖3所示）

一體化液位計(jì)儀表的安裝十分方便，可直接利用探頭上螺紋和螺帽通過法蘭直接固定在貯槽頂部或安裝在支架、立管上，并滿足以下條件。

（1）探頭要垂直液面安裝，如果采用支架安裝要固定牢靠，避免支架搖擺影響測(cè)量精度。

（2）探頭安裝必須高于最高液位40～60 cm，避免測(cè)量進(jìn)入儀表盲區(qū)，導(dǎo)致儀表在此區(qū)域無法正常工作。

（3）在超聲波10 °發(fā)射角內(nèi)不應(yīng)有障礙物，避免發(fā)生錯(cuò)誤回波。

（4）探頭要避免陽光直曬，保證與環(huán)境溫度一致，以確保測(cè)量準(zhǔn)確。

（5）要避免探頭受到振動(dòng)，安裝時(shí)可在探頭與法蘭或支架之間加入橡膠墊，用來消除振動(dòng)影響。

2.2 超聲波液位計(jì)參數(shù)設(shè)置

2.2.1 參數(shù)代碼意義

PASS為密碼輸入（通過儀表鍵盤輸入數(shù)字進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)定）；P-00為空距（設(shè)成探頭底面到液位值為0位置距離）；P-01為滿度（20 mA電流設(shè)定點(diǎn)）；P-02為測(cè)量盲區(qū)（盲區(qū)是探頭底面到測(cè)量液面的最小距離，在這一區(qū)間內(nèi)儀表無法正常工作，一般取值30～60 cm）；P-03為測(cè)量數(shù)據(jù)的變化率，一般測(cè)液位時(shí)設(shè)定為10～30 mm；P-04為顯示距離與液位的切換，設(shè)定為“00”時(shí)顯示距離、“01”時(shí)顯示液位。

2.2.2 參數(shù)設(shè)置操作

在實(shí)際操作中，只要根據(jù)儀表說明書中給出參數(shù)設(shè)置流程，按步驟進(jìn)行操作就可以了，一般情況下，只要測(cè)量出各上清貯槽的最高液面（儀表量程）和探頭底面到貯槽底部的距離（空距），然后通過鍵盤輸入空距和滿度值，儀表即可進(jìn)入正常工作狀態(tài)。

3 應(yīng)用實(shí)例與存在問題、改進(jìn)措施

3.1 實(shí)例

2011年，來冶公司引進(jìn)SONIC一體化超聲波智能非接觸式液位計(jì)安裝于鋅浸出工序的低浸6#、7#，中浸9#、10#，沉礬3#、4#上清貯槽中使用。生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)操作人員反映該超聲波液位計(jì)具備現(xiàn)場(chǎng)顯示功能，還可通過接入二次數(shù)顯儀表，在主控操作室集中顯示，并有超限報(bào)警功能，當(dāng)某上清貯槽液位超出所設(shè)定貯槽液位報(bào)警數(shù)值時(shí)，儀表會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)提醒崗位操作人員及時(shí)采取相應(yīng)措施，避免出現(xiàn)冒槽現(xiàn)象。通過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量上清貯槽實(shí)際液位，再與液位計(jì)實(shí)際顯示讀數(shù)相比較，進(jìn)行在線標(biāo)定證實(shí)該液位計(jì)質(zhì)量可靠，運(yùn)行穩(wěn)定性高，其測(cè)量精度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。由于各上清貯槽液位得到有效控制，崗位操作人員可隨時(shí)了解各貯槽液位情況，這樣既方便工藝技術(shù)員現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)崗位人員按生產(chǎn)過程參數(shù)變化情況進(jìn)行操作，同時(shí)也可避免貯槽內(nèi)溶液溢出發(fā)生冒槽現(xiàn)象，避免有價(jià)金屬流失和出現(xiàn)污染環(huán)境的問題，從而有效地保證了鋅浸出工序生產(chǎn)正常有序開展。

3.2 問題與分析

安裝在上清貯槽上方的超聲波液位計(jì)，在夏季使用比較正常，但到了冬季就容易出現(xiàn)問題，如儀表顯示數(shù)值出現(xiàn)漂移、顯示不穩(wěn)定、儀表故障率高。經(jīng)分析后得知，來冶公司的鋅浸出工序是采用高溫高酸濕法煉鋅工藝，一旦冬季來臨時(shí)，上清貯槽槽面上會(huì)產(chǎn)生大量帶有酸霧的水蒸氣，它對(duì)超聲波探頭有較強(qiáng)的腐蝕性。當(dāng)帶有酸霧的水蒸氣經(jīng)探頭的電源及信號(hào)電纜進(jìn)出線孔進(jìn)入探頭內(nèi)部后，會(huì)造成液位計(jì)測(cè)量數(shù)值不穩(wěn)定，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致液位計(jì)電路板短路燒壞。同時(shí)，帶酸霧的水蒸氣會(huì)對(duì)電路板造成嚴(yán)重腐蝕，大大縮短了液位計(jì)的使用壽命。此外，超聲波探頭處于85 ℃左右環(huán)境溫度下使用，已超出儀表正常工作溫度范圍，導(dǎo)致個(gè)別探頭（傳感器、變送器）儀表電路中的電子元件工作不穩(wěn)定，使測(cè)量數(shù)值出現(xiàn)漂移現(xiàn)象，儀表讀數(shù)失真，不能真實(shí)地反映上清貯槽的實(shí)際液位，對(duì)生產(chǎn)造成較大影響。

3.3 改進(jìn)措施

針對(duì)上述問題，來冶公司與儀表生產(chǎn)廠家共同探討，使問題很快得到圓滿解決。對(duì)探頭進(jìn)入水蒸氣的問題，建議廠家在儀表出廠時(shí)增強(qiáng)探頭表面的密封性，特別是對(duì)進(jìn)出線孔要進(jìn)行密封處理，在安裝過程中采用硅膠對(duì)進(jìn)出線孔進(jìn)行二次密封處理，避免帶有酸霧的水蒸氣進(jìn)入探頭內(nèi)部，造成電路短路及電子元件被腐蝕而損壞。對(duì)個(gè)別儀表讀數(shù)不穩(wěn)定的問題，經(jīng)與廠家技術(shù)人員分析后一致認(rèn)為是個(gè)別電子元件存在質(zhì)量問題，當(dāng)環(huán)境溫度高于儀表正常工作溫度時(shí)，電路容易出現(xiàn)溫漂現(xiàn)象，造成儀表顯示不穩(wěn)定。針對(duì)電子元件的溫漂問題，廠家對(duì)儀表電路重新進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并對(duì)故障探頭內(nèi)的電路板進(jìn)行更換。以上2個(gè)問題得以解決后，不僅超聲波液位計(jì)的使用壽命大大延長(zhǎng)了，確保了來冶公司鋅浸出工序生產(chǎn)正常，而且還大大減少了儀表維修工作量，降低了生產(chǎn)計(jì)量成本。

4 儀表維護(hù)

超聲波液位計(jì)經(jīng)安裝調(diào)試投入生產(chǎn)運(yùn)行后，能否精確測(cè)量各貯槽液位，除了與儀表本身質(zhì)量及使用現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境因素有很大關(guān)系外，搞好日常的儀表操作與維護(hù)工作也是至關(guān)重要的。崗位操作和儀表維修人員要對(duì)液位計(jì)的結(jié)構(gòu)、測(cè)量原理有充分了解，并要求定期巡檢，注意觀察一、二次儀表顯示數(shù)值是否正常。當(dāng)發(fā)現(xiàn)超聲波液位計(jì)一、二次儀表顯示數(shù)值不符時(shí)，一定要及時(shí)通知儀表維修人員重新調(diào)校、修正，避免儀表不正常讀數(shù)誤導(dǎo)生產(chǎn)管理者出現(xiàn)錯(cuò)誤指揮及崗位操作人員出現(xiàn)誤操作，避免對(duì)生產(chǎn)造成重大的影響。

5 結(jié)論

超聲波液位計(jì)在來冶公司的鋅浸出工序中得到推廣應(yīng)用，基本滿足生產(chǎn)需要。雖然在實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)了一些問題，后經(jīng)與生產(chǎn)廠家共同攻關(guān)，問題得以圓滿解決。由此可見，確保超聲波液位計(jì)正常使用的前提條件是必須充分考慮使用現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)工藝及所測(cè)介質(zhì)環(huán)境因素的影響，這對(duì)于SONIC一體化智能非接觸式超聲波液位計(jì)的進(jìn)一步推廣應(yīng)用，具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

參 考 文 獻(xiàn)

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[2]劉志勇.超聲檢測(cè)技術(shù)在洗水凈化環(huán)節(jié)的應(yīng)用[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2013（S2）.

[3]錢勇.超聲波檢測(cè)技術(shù)在長(zhǎng)輸油管道的應(yīng)用研究[D].黑龍江：東北石油大學(xué)，2013.

[責(zé)任編輯：陳澤琦]