1 提出问题
在氧化铝生产过程中,为了准确计算和控制物料平衡,防止空槽和冒槽事故的发生,提高产量,节能降耗,有许多高大的液态物料贮槽需要进行液位测量,如料浆槽、原液槽、赤泥贮槽、沉降槽、种分槽等等。这些液位测量的场合,一般都具有介质温度高、易结疤、量程大,且环境粉尘较大的共同特点,给液位测量带来很大困难,以前的许多种液位测量仪表在这些场合都不能长期稳定工作。本文就这一问题,做简略的分析探讨。
2 各类液位测量仪表性能比较
首先,要对各类
液位测量仪表的性能做一下比较分析,看究竟哪一种zui为适合氧化铝生产过程中的液态物料特点。液位测量仪表品种繁多,但可以分为两大类,即接触式和非接触式两种。象电容式、浮球式、浮子式、压力式等均属接触式液位测量仪表,它们在进行液位测量的过程中,检测传感元件和被测介质直接接触,如果在氧化铝生产中应用,检测传感元件上很快就会结上一层厚厚的“疤”,从而使得仪表不能正常工作。
至于非接触式液位测量仪表 ,主要有放射性同位素式和超声波式两种。对于放射性同位素式液位计,由于它的量程较小,因此不能解决氧化铝生产中高大液态物料贮槽液位测量的“大量程”问题。而超声波液位计,它不仅量程范围广,可用于大量程测量的场合,而且做到了非接触测量,不受介质“结疤”的影响。因此,相对而言,它是氧化铝生产中*比较合适的一种液位测量仪表,但是,超声波液位计的应用要受到介质温度、环境温度、被测液面波动程度和其它诸多外界环境因素的制约。这些制约因素会严重影响超声波液位计的测量准确度。如果不能准确分析这些制约因素对超声波液位计的影响程度,就不能正确使用超声波液位计。为此,需要对它的基本工作原理有所了解,然后再做进一步分析。
3 超声波液位计原理简述
连续测量指示式超声波液位计,按其检测方式的不同可以分为四类,即：液介导声式、气介导声式、声波导管式和固介导声式。其中以气介导声式超声波液位计在氧化铝生产中应用较为合适,下面以此为例介绍超声波液位计的基本工作原理。
根据声学原理,当声波从一种介质向另一种介质传播时,在两种密度不同,声速不同的介质分界面上,传播方向会发生改变,即：一部分被反射（反射角=入射角）,另一部分折射入相邻介质内,假设两种介质的密度分别为D1和D2,声波在两种介质中的传播速度分别为V1和V2,反射波的声强为IK,人射波声强为IE,则存在如下关系：
式中α为入射角,β为反射角,D1和D2分别为两种介质的声阻抗。
当声波垂直入射时（α=β=0）,其反射率为：
当声从气体传播到液体或固体或相反的情况下,由于两种介质的密度相差悬殊,则D1V1与D2V2之值相差甚远,故R近似等于1,即反射率接近,声波几乎全部被反射。
利用超声波这一特性在被测介质的上方安装一个*（该换能器具有发射和接收超声波的功能）,换能器向被测介面发射促短的超声波时,经过时间T,换能器便可以接收到从介面反射回来的超声波。这个时间T,可以由超声波控制器中的单片计算机计算得出。设换能器到介面的距离为H,声波在介面上方气体中的传播速度为V,则可求出液位高度H=0.5VT。（见图1）
4 选型分析
从超声波液位计的工作原理上,可以看出,它具有以下优点：
1.检测元件可以做到不与被测介质接触,适用于结疤、腐蚀性和毒性等介质的测量。
2.量程范围广,可用于大量程测量场合。
3.仪表无可动部件,使用寿命长。但也存在以下缺点：
1.检测元件本身不能承受高温,其应用会受环境温度的制约。
2.在被测介质上方存在温度、压力变化及蒸汽的情况下,由于声速会受其影响,故测量精度会受到一定程度的影响。
3.超声波的波强会受温度、蒸气、液面波动的影响而衰减,衰减值的大小直接影响测量范围的大小,衰减特别严重时会导致测量无法进行。
综上所述,影响超声波液位计测量准确度的因素,主要有被测介质上方空气的温度及压力变化,以及被测介质的环境温度,介质上方的蒸汽量,液面波动程度等。其中温度变化引起的测量误差,可以通过仪表本身的温度补偿装置给予校正；而压力变化的情况在氧化铝生产中并不常见,故在此不予考虑。
实际上,影响超声波液位计的至关重要的因素就是：环境温度、蒸汽量和液面波动程度。从超声波液位计的工作原理可以看出,这三种因素之所以对超声波液位计正常工作产生影响,是因为它们能使波强衰减。随着波强衰减值的增大,超声波液位计的测量精度降低,甚至于根本无法使用；但是,波强衰减值在一定范围之内时,超声波液位计就能在规定的精度下正常工作。那么,波强衰减值在什么范围之内超声波液位计才能正常工作呢？关于这一点,可以利用上面的“图1”和“表1”来解决。现举一例说明,对某一被测介质,已知介质的环境温度为“10℃”、蒸汽量为“少量”、液面波动“厉害”,从表1中查得各影响因素对应的波强衰减值分别为：10dB、10dB、20dB，合计40dB。然后在波强衰减值与量程的对应关系曲线图1中查 得：40dB的衰减量对应的量程为25M。那么,选量程为30M的超声波液位计,就可以保证测量的准确度在规定的范围内。
另外,传感器的安装方式和环境含尘量等因素,也对超声波液位计的测量准确度产生影响,在此不逐一详述。
5 结束语
近几年,随着科学技术的不断发展,超声波液位计应运而生,并已在许多行业得到了普遍应用。阶国内几个专业厂家生产超声波液位计外,还有习外进口产品。二者比较,国外产品从质量,性能和功能上均优于国内同类产品,但价格较国内超声波液位计偏高。选型时,应根据具体情况从性能价格比等方面来确定产品种类为宜。
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