超声波液位计在测量中的故障分析

超声波液位计在测量中的故障分析

祖景瑞

中国石油大连石化分公司，辽宁 大连 116000

摘要：超声波液位计因其操作简单便捷，测量精准，被广泛应用在石油化工工厂、水力火力发电厂等生产现场的实际工作中。但如果对超声波液位计测量掌握不好会出现一些故障，从而导致测量出来的数据不够精准，如在地下水池液位高度测量错误，会影响水泵自动开闭的时间控制，导致水池大量水溢出，造成生产成本和经济效益损失。所以本文通过分析超声波液位计的测量原理特点，探讨其发生故障的类型和原因，并提出使用过程中应注意事项，以促进超声波液位计精准测量。

关键词：超声波液位计；测量；故障；分析

超声波液位计是一种通过传感器发出超声波被反射回来变成一种电信号，后经过传感器接收并计算出测量数据的非接触测量工具，它不受环境、被测量液体密度、粘度的影响，可以帮助我们完成日常所需要的一切测量任务与工作，安装和测量步骤都非常简单方便，精准度较高，被广泛应用于石油化工、水力火力发电等生产领域。但它也存在一定局限性，如它对一切有关压力的容器和易挥发介质不能测量，测量容易出现盲区，如果测量过程中方式不对或者遇到故障，将导致测量结果失准。

1超声波液位计测量原理分析

超声波液位计工作原理是通过超声波的反射和接收来实现的。超声波液位计通过垂直安装在液体表面，通过传感器向液面发出超声波脉冲，经过一段时间后传感器接收到被液面反射回来的信号，信号经变送器电路的选择和处理计算出这次回声的距离。超声波可以在气体、液体和固体中传播，频率越大，超声波方向感越强烈，超声波液位计因此也分为气体式、液体式和固体式等三种类型，最常用的是气体式单探头超声波液位计。

2超声波液位计测量优点分析

超声波液位计因其结构简单、使用步骤简捷、无可动部件、非接触测量、使用寿命长等特点被广泛应用于石油、化工、电力、污水处理、冶金、半导体等行业，因这些行业生产具备有腐蚀性、有污染的场合或者易产生粘附物物质，因此对于无法用物理方式接触的液体如腐蚀性强、有结层或者含酸碱的污水，其他如化工材料、漂白粉、漂白剂、泥浆、树脂、盐酸等超声波可传播但人类不可接触的介质测量，超声波液位计是一种非常理想的测量工具。因为超声波液位计的探头大多采用PVDF、PP等材料，具有高度耐腐 蚀，同时具有自动 温度补偿功能，不受介质湿度、粘度、介电常数、电导率、热导率等因素影响，还物美价廉，降低生产成本。

3超声波液位计在测量中的故障分析

3.1超声波传播速度引起测量不准

超声波在不同介质中的传播速度各不相同，不同介质受温度、环境、压力、时间、地点等因素的变化使超声波在传播中的速度也发生变化。如0℃时，空气中声波传播速度约为 331m／s，在水蒸气中为403m／s，且随着压力和温度变化，传播速度也变化，当温度0℃，空气中声波传播速度约为331m／s；当温度为100℃，空气中声波传播速度增加为387m／s，并且测量探头越接近液面传播速度变化越显著，这样由于传播速度的变化和不确定就产生测量误差，甚至造成测量的不准确。目前这种情况已有很大的改善，自带温度补偿、压力补偿和物理标定的测量探头已开发并投入使用，在温度、压力不稳定时可以通过压力和温度补偿进行及时调控，很大程度上减少测量误差。

3.2电源电压波动引起测量结果不准

当使用单探头的超声波液位计时，单探头兼具发射器和接收器两种功能。在测量过程中，如果单探头加了较高的电压，会使超声波液位计的测量盲区加大，从而导致测量范围发生变化，会使测量距离增大。如果单探头电源电压过低，遇到测量距离较远时，超声波发射出去后达不到反射面或者达到反射区却无法等距离会送该超声波信号，从而导致超声波液位计无法正常工作，导致测量结果不准确。因此在使用超声波液位计前应核对电源电压值是否在额定值范围内，如果不符合标准，应进行及时调整，以保证探头正常工作。

3.3所选测量量程不合适

超声波在介质传播过程中会发生弱化，同时测量过程还存在测量盲区距离，因此超声波液位计测量距离有一定的限制范围，并不是无限制无选择对象均可测量，在使用过程中要针对测量对象性质、特征选择合适的超声波液位计种类和探头类型。

3.4测量传播介质引起的故障

按照超声波测量原理，超声波在传播介质中遇到无论是液体还是固体的较大颗粒，都会影响超声波的传递。如在液体式测量中遇到液滴，超声波不仅会发生正常的反射效果，液滴还使超声波发生散射，从而导致超声波发送距离弱化。同理在固体式测量中遇到泡沫或者颗粒物体，都容易使超声波反射发生弱化，导致测量结果不准确。在潮湿环境下工作时，要特别注意检查探头，是否有不明液滴滴到或者粘附在测量探头上，一方面它会影响探头正常工作，导致测量出现误差，另一方面，如果是有强腐蚀性的液滴长期粘附，容易造成探头损坏甚至报废不能使用。因此工作人员应加强对探头进行清洁、干燥及正确保存，必要时需添加过滤性装置。在液滴颗粒较小且并不会附着探头的测量情况下，可以使用大功率探头或者双探头超声液位计进行测量。

3.5安装方式引起的故障

超声波液位计探头在安装时应垂直安装到合适位置，如果出现倾斜现象，探头发出的超声波束会反射到其他方向，导致探头接收的反射信号不全，不能正常工作，因此安装方式应严格校正。同时由于超声波液位计有盲区，在距离超声波液位计非常近的那部分距离很容易被我们在测量时忽略不计，这个距离就是盲区。盲区随着测量距离大小变化成正比例变化，一般在30cm-50cm之间，在一般安装超声波液位计时盲区应考虑进去。但在特殊场合，应考虑空间和安装条件的限制，需要考虑选择盲区很小的超声波液位计。

此外，测量液位面如果不平稳或者出现其他杂质，也会导致测量效果不准确。同时超声波液位计顶部蓝色故障灯在遇到安装附件故障或者编程原因时会出现灯亮，这些都影响超声波液位计的正常使用。因此在使用超声波液位计时，首先要使用前要做好附件安装、探头维护、电源电压数值校正等检查工作，确保液位计无故障。其次在使用时要根据液位环境，选择合理正确的液位计，并避免多种干扰因素，如液滴、温度、潮湿等等，以控制液位计工作正常，确保测量精准度。

4 结束语

综上所述，因为在使用超声波液位计时，其探头发射较大功率，所以容易出现故障并影响到其使用寿命，加上测量环境较为复杂，极易导致仪器的损坏或是参数丢失的情况，影响到测量工作的精准程度。所以在具体应用环节相关工作人员应当要能够正确分析与了解超声波液位计在测量中的故障，并采取有效措施进行应对，以切实提高其测量准确性与有效性。

参考文献

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[3] 温晶晶, 任立宗. 在工业容器领域超声波液位测量技术的现状和发展趋势[J]. 中北大学学报:自然科学版, 2007.