超声波物位仪在湿式煤气柜高度测量中的应用

　　1　工作原理

　　超声波测量中,声波由传感器发出,经液体或固体物料表面反射后折回,由同一传感器接收。测出声波的整个运行时间,即可测得物位。

　　超声波物位仪由两部分组成:一是FDU超声波探头(即传感器),二是FMU变送器。传感器由一只与一块或多块压电晶体相连的测量膜片组成。声波的发射与接收均通过这些压电晶片实现(图1)。

　　压电晶片一供电就产生微小的机械运动,而此机械运动由膜片转换为声信号。反之,接收声波时,膜片亦会产生机械运动,而此机械运动则被相连的压电晶体转换为电信号(反射信号)。初始发射信号与反射信号之间的时间差即为声波的来回传播时间。它与探头和物体的表面距离成正比。这距离可用声速C和运行时间t表示:

　　图2给出了超声波物位仪的测量原理。图中,E为从测量参考点(即传感器膜片)至物位最低点的距离,物位高度L按下式计算:

　　图2中B为盲区,在此范围内的回波无法被探头接收,即探头表面与最高物位之间的距离应大于B。

　　2　安装

　　对于湿式煤气柜,由于气柜呈塔形,在升降过程中边旋转(旋转角15°)边浮动,这给测量带来了困难。如何安装超声波探头成了关键。经反复论证,最终将探头装在气柜顶部(见图2),从底部平台作反射体,结构简单、可靠,安装工作量最小。初始安装的全柜常用高度为18米,测量精度达0.1米。

　　3　故障分析

　　气柜高度上升至26米处,发现显示值在18米与26米不断跳跃。经故障软件分析,发现了图3干扰波。

　　原来,随着全柜的上升,加上机械运动,气柜产生晃动,超声波在18米处产生反射,使得26米处主信号被干扰。

　　4　解决方法

　　在气柜18米平台处安装一块长约8厘米、宽1米的反射板,角度为45°,将干扰波反射出波束角范围,使探头始终接受底部平台的反射信号。

　　图4给出了加装反射板后的回波曲线。从图中可见,18米处的干扰信号被大大地削弱了,从而得到了良好的测量结果。

　　作者简介:张麒麟(1967—),男,高级工程师,经理,长期从事IC卡煤气表、超声波物位仪等推广应用和技术管理工作。