摘 要］ 介紹了E＋H公司非接觸式單探頭超聲波物位檢測(cè)儀在攀鋼RH－MFB真空處理裝置鐵合金料倉(cāng)中的應(yīng)用，闡述了檢測(cè)儀的原理、功能特點(diǎn)及其安裝要求。實(shí)踐證明該檢測(cè)儀具有安裝簡(jiǎn)便、維護(hù)量少、故障率低、精度高（其分辨率在±5mm內(nèi)）、標(biāo)定簡(jiǎn)單、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，具有推廣價(jià)值。
［關(guān)鍵詞］ 物位測(cè)量；非接觸式；超聲波；矩陣
1 引 言
攀鋼RH－MFB真空處理裝置主要對(duì)鋼水去除氣體、夾雜、脫硫、脫碳，處理過(guò)程中需添加合金調(diào)整鋼水成分，故設(shè)有14個(gè)合金料倉(cāng)。為了掌握料倉(cāng)中合金料位的多少，及時(shí)控制合金添加速度，需要對(duì)合金料位進(jìn)行檢測(cè)。由于料倉(cāng)被測(cè)介質(zhì)為粗糙的松散固體，在各種物位檢測(cè)儀表中，超聲波物位檢測(cè)儀具有非接觸、耐腐蝕、適合大儲(chǔ)罐的物料高度測(cè)量，而且可以對(duì)影響測(cè)量精度的因素進(jìn)行修正和按照用戶要求輸出各種標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)過(guò)程中，因此選用E＋H公司的非接觸式單探頭超聲波物位檢測(cè)儀。
2 超聲波檢測(cè)原理
高功率的壓電陶瓷超聲波探頭發(fā)射聚焦成束的 超聲波脈沖，穿過(guò)空氣到達(dá)被測(cè)介質(zhì)表面，該脈沖全部或部分被反射回探頭。探頭既是發(fā)射裝置，又是接收裝置，它將收到的反射波轉(zhuǎn)換成一個(gè)電信號(hào)。根據(jù)脈沖發(fā)出和收到的時(shí)間與探頭和介質(zhì)表面的距離成正比，距離D可由以下公式算出：
D＝C·t／2（2—1）
C———音速；t———聲波傳送時(shí)間。
設(shè)探頭到料倉(cāng)低部的距離為L(zhǎng)，那么料倉(cāng)高度H為：H＝L－D＝L－C·t／2，如圖2—1所示。B為盲區(qū)。
由于溫度變化對(duì)聲速C有較大影響，所以必須通過(guò)溫度傳感器及其補(bǔ)償電路對(duì)其聲速進(jìn)行補(bǔ)償。補(bǔ)償可按下面公式進(jìn)行：C＝331．45＋0．61 T，檢測(cè)系統(tǒng)每測(cè)量一次時(shí)間t，同時(shí)采用一次溫度T值，然后根據(jù)上式計(jì)算出聲速C，帶入公式（2—1）計(jì)算出距離D。
3 系統(tǒng)組成及功能特點(diǎn)
14套超聲波檢測(cè)系統(tǒng)。變送器采用支架安裝，使用屏蔽電纜，輸出信號(hào)作為西門(mén)子PLCS5－155U的模擬輸入，繼電器接點(diǎn)信號(hào)與PLC的數(shù)字輸入模件連接，具有高低限報(bào)警功能，檢測(cè)結(jié)果顯示在操作站上。組成如圖2—1所示。
3．1 超聲波探頭
探頭型號(hào)為DU41C，耐腐蝕，具有自動(dòng)回聲頻率控制，適用于連續(xù)的、非接觸的物位測(cè)量。工作溫度－20℃～＋60℃，為補(bǔ)償因溫度變化而形成的誤差，在超聲波探頭中還裝有一個(gè)溫度探頭，進(jìn)行溫度變化校正。該探頭可測(cè)量20 m深的液位，10 m高的松散固體料位。工作頻率約29 kHz，盲區(qū)約0．9 m。
3．2 超聲波變送器
變送器FMU677作為控制系統(tǒng)的過(guò)程變量，檢測(cè)料倉(cāng)料位的高低。變送器向探頭供電，探頭回送測(cè)量值的模擬信號(hào)，變送器將這一信號(hào)轉(zhuǎn)化成料位指示，并送到模擬輸出端。
變送器所有的功能，包括模擬輸出和繼電器轉(zhuǎn)換點(diǎn)等各種參數(shù)都可借助工作矩陣表組態(tài)輸入。矩陣中的每個(gè)值都用豎值（V）和橫值（H）坐標(biāo)顯示，對(duì)測(cè)量點(diǎn)和系統(tǒng)標(biāo)定必須調(diào)用工作矩陣，故障診斷信息也可在矩陣表查找，可借助通訊器UV260Z在變送器前盤(pán)輸入，操作簡(jiǎn)便。測(cè)量系統(tǒng)有6種工作方式，使其能適用于測(cè)量液體或松散固體。該系統(tǒng)被測(cè)介質(zhì)為粗糙的松散固體，故選用工作方式5。對(duì)于體積與料位不成比例的容器，手動(dòng)線性化可將料位測(cè)量轉(zhuǎn)化為容積測(cè)量。
變送器的模擬輸出一路可轉(zhuǎn)換電流輸出0（或4）～20 mA，另一路可轉(zhuǎn)換電壓輸出0（或2）～10 V。內(nèi)部的過(guò)濾器用于平滑模擬輸出波動(dòng)。如果變送器的自跟蹤線路發(fā)現(xiàn)一個(gè)故障或警報(bào)，電流和電壓輸出可采用特定值，此時(shí)繼電器隨模擬輸出的高低限動(dòng)作。變送器的兩個(gè)獨(dú)立繼電器，每個(gè)都有電壓隔離，根據(jù)測(cè)量值大小進(jìn)行觸點(diǎn)轉(zhuǎn)換。每個(gè)極限開(kāi)關(guān)都可采取zui?。痾ui大故障安全方式，極限開(kāi)關(guān)的滯后 時(shí)間可自由選擇，這一點(diǎn)為料位恢復(fù)正常時(shí)繼電器斷開(kāi)的點(diǎn)。
對(duì)于容器內(nèi)部潛在的或間斷的回聲干擾，可采取固定目標(biāo)抑制，防止虛假回聲；或包絡(luò)曲線統(tǒng)計(jì)，計(jì)算出所有包絡(luò)曲線的平均值，調(diào)整適當(dāng)?shù)膮?shù)抑制間斷干擾；如果在zui大料位和盲區(qū)間有一固定件，增加盲區(qū)距離，可消除其產(chǎn)生的回聲。
另外，變送器可監(jiān)視從探頭到輸出的所有回路，并指示由報(bào)警繼電器發(fā)出的故障信號(hào)（報(bào)警燈亮，并傳送故障信號(hào)）。此外模擬方式可用于檢查系統(tǒng)是否運(yùn)轉(zhuǎn)正常，利于工作人員及時(shí)準(zhǔn)確排除故障。
3．3 安裝要求
超聲波準(zhǔn)確測(cè)量的一個(gè)重要先決條件就是探頭的正確定位和安裝，以便使檢測(cè)儀正常使用，減少測(cè)量誤差。安裝時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
1）安裝時(shí)應(yīng)與介質(zhì)表面垂直，留有盲區(qū)，在容器溢出時(shí)介質(zhì)不會(huì)接觸探頭。
2）測(cè)量料倉(cāng)內(nèi)固體料位時(shí)，要考慮固體物料在界面上不是平整的。通常在進(jìn)料口的物料高于儲(chǔ)倉(cāng)周邊，因此探頭應(yīng)安裝在能測(cè)量出反應(yīng)物料平均高度的位置上，不要將探頭安裝在料倉(cāng)頂部中央。
3）超聲波探頭有它的聲波指向角，在發(fā)射波束范圍內(nèi)的任何物件，包括容器，儲(chǔ)罐的壁都會(huì)反射干擾回波，產(chǎn)生測(cè)量誤差，所以探頭安裝位置不宜距離器壁太近。實(shí)際應(yīng)用中由于料倉(cāng)低部呈圓錐形，物料出口漏斗中央附近也會(huì)反射聲波（即使料斗是空的），故調(diào)整探頭角度，盡量遠(yuǎn)離容器壁、擋板及物料入口。
4 結(jié) 語(yǔ)
該超聲波物位檢測(cè)儀自投運(yùn)以來(lái)運(yùn)行正常（測(cè)量分辨率在±5 mm內(nèi)），取得了較大的經(jīng)濟(jì)效益，值得推廣應(yīng)用。其優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下方面：
由于超聲波物位儀無(wú)可動(dòng)部件，沒(méi)有機(jī)械磨損，安裝簡(jiǎn)便，便于實(shí)施；非接觸式測(cè)量、維護(hù)量少，減少了故障率；標(biāo)定簡(jiǎn)單、精度高，安全可靠。
該系統(tǒng)上、下限報(bào)警準(zhǔn)確，保證了及時(shí)加、減物料；測(cè)量準(zhǔn)確，顯示直觀，使操作人員能有效控制合金添加速度，提高了工作效率和準(zhǔn)確性，為連鑄生產(chǎn)合金鋼創(chuàng)造了條件。
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