摘要：超聲波液位計(jì)是由微處理器控制的數(shù)字物位儀表。由于采用非接觸的測(cè)量，被測(cè)介質(zhì)幾乎不受限制，被廣泛用于各種 液體和固體物料高度的測(cè)量。寧波鋼鐵能源環(huán)保部供水系統(tǒng)各種水池液位基本都使用了超聲波液位計(jì)，共計(jì)有 70 多臺(tái)，大多采用了德國(guó) VEGA 的產(chǎn)品，型號(hào)為 VEGASON61 和 VEGASON62 等，該產(chǎn)品使用 PVDF 的探頭，帶 EPDM 密封和一體式的溫度傳感， 用于校準(zhǔn)聲波運(yùn)行時(shí)間，精度為±10 mm，ECHOFOX 采用xianjin的模糊邏輯對(duì)信號(hào)分析處理。

1 故障經(jīng)過(guò)

       2010 年 3 月 31 日 1#高爐煤氣洗滌水站冷水井液位及 5 月 11 日軋鋼泵站濁環(huán)水池液位檢測(cè)中，出現(xiàn)虛假高液位信 號(hào)，液位顯示高于補(bǔ)水液位，導(dǎo)致系統(tǒng)未及時(shí)進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)水， 供水泵進(jìn)氣。其中軋鋼泵站濁環(huán)水池液位低造成卷取設(shè)備高 壓冷卻 2#供水泵進(jìn)氣，現(xiàn)場(chǎng)停機(jī)，該系統(tǒng)壓力從 0.92MPa 降 至 0.47MPa，流量從 5700m3/h 降至 3838m3/h。熱軋由于水 壓低，緊急停泵，造成軋鋼停產(chǎn)。 兩次故障的現(xiàn)象基本相同，以軋鋼故障為例，從液位指 示的歷史趨勢(shì)數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)：5 月 11 日 0：37：13 冷水井液 位從 5.02 米瞬間跳變 5.89 米，基本一直維持在 5.89 米以 上，至 9：55：23，水泵供水出現(xiàn)異常，運(yùn)行人員擦去液位 計(jì)探頭上的結(jié)露后液位指示恢復(fù)正常，顯示為 3.3 米。

2 原因分析
2.1 線(xiàn)路干擾
       故障后對(duì)液位計(jì)的線(xiàn)路進(jìn)行了仔細(xì)排查，PLC 柜內(nèi)屏蔽 線(xiàn)可靠接地，且現(xiàn)場(chǎng)附近無(wú)大型電氣設(shè)備啟動(dòng)，另外考慮線(xiàn) 路干擾通常會(huì)導(dǎo)致顯示滿(mǎn)量程，而兩次故障均為顯示高液位， 所以線(xiàn)路干擾可以排除。

2.2 液位計(jì)本體檢查
       （1）儀表接線(xiàn)口，防護(hù)等級(jí)為 IP68，但從我們檢查的 軋鋼濁環(huán)、煤氣洗滌冷水井、煤氣洗滌熱水井、高爐軟水四 個(gè)地方均已在施工或更換時(shí)被破壞，水汽從此處進(jìn)入儀表內(nèi) 部。
       （2）儀表表頭，防護(hù)等級(jí)為 IP67，此處的密封情況經(jīng) 檢查仍良好，表頭頂部液晶顯示器視窗上凝結(jié)水明顯，應(yīng)該 是從進(jìn)線(xiàn)口吸入水汽造成，對(duì)儀表的準(zhǔn)確性沒(méi)有影響，但可 以反映出內(nèi)部受潮嚴(yán)重。
       （3）儀表探頭表面，是液位計(jì)測(cè)量液位的起始零點(diǎn)， 故障時(shí)出現(xiàn)虛假液位，運(yùn)行人員擦去探頭表面的結(jié)露后，液 位顯示正常，導(dǎo)致我們zui初認(rèn)為探頭表面結(jié)露是產(chǎn)生虛假液 位的主要原因。實(shí)際上，軋鋼濁環(huán)水液位計(jì)設(shè)置此處以下 0.4 米為盲區(qū)，被測(cè)水池蒸汽造成探頭表面結(jié)露，不會(huì)因?yàn)榉瓷?而造成虛假液位，只會(huì)對(duì)超聲波的發(fā)射和接收產(chǎn)生一定的影 響。
       （4）儀表探頭及換能器頭，超聲波發(fā)射及接收的核心 部分，超聲波是通過(guò)換能器內(nèi)超高壓的壓電裝置，讓探頭上 的金屬薄膜起振而產(chǎn)生的，因?yàn)檫M(jìn)線(xiàn)口密封不好，水汽慢慢 滲入，換能器內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間濕度很大，日積月累，易產(chǎn)生雜波， 也會(huì)造成超聲波的減弱甚至失效。擦拭探頭后液位就能恢復(fù) 正常的原因是擦拭探頭時(shí)外界的振動(dòng)幫助起振薄膜起振，超 高壓壓電裝置瞬間放電的高溫使換能器內(nèi)的局部環(huán)境干燥， 換能器又能夠正常工作，但經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后濕度增大又會(huì)引 起工作異常。
       （5）超聲波回波監(jiān)測(cè)，使用專(zhuān)用接口及軟件檢查了軋 鋼濁環(huán)水系統(tǒng)冷水井、煤氣洗滌水冷水井的液位計(jì)超聲波狀 態(tài)。見(jiàn)下圖，圖中灰色為盲區(qū)，白色為正常測(cè)量區(qū)，當(dāng)正常 的液面反射波信號(hào)弱于雜波信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)將前面的雜波信 號(hào)當(dāng)作反射波信號(hào)，造成虛假液位。

2.3 設(shè)備選型及安裝
       軋鋼濁環(huán)等地的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境是屬于比較惡劣的，周?chē)?很大，池內(nèi)水溫高，蒸汽彌漫，整個(gè)環(huán)境的濕度非常高，這 種環(huán)境條件下，原設(shè)計(jì)的設(shè)備選型不夠合理，超聲波液位計(jì) 不是完全不能用，必須要保證設(shè)備的密封性能，設(shè)備才能可 靠運(yùn)行，但選用靜壓或雷達(dá)波的要可靠得多。從檢查情況看， 出現(xiàn)故障的液位計(jì)安裝不夠規(guī)范，超聲波液位計(jì)的安裝必須 固定，保證超聲波的發(fā)射和接收角度相對(duì)穩(wěn)定，系統(tǒng)本身有 一個(gè)自學(xué)習(xí)的過(guò)程，位置經(jīng)常變化對(duì)液位的準(zhǔn)確測(cè)量有很大 的影響，而由于經(jīng)常擦拭探頭導(dǎo)致煤氣洗滌的液位計(jì)晃動(dòng)明 顯，軋鋼濁環(huán)的干脆就沒(méi)有固定(固定后無(wú)法擦拭探頭)。

3 改進(jìn)措施
       （1）按影響生產(chǎn)的重要程度進(jìn)行分類(lèi)，確認(rèn)共有 9 個(gè) 比較關(guān)鍵的水池上增加靜壓式液位計(jì)：煤氣洗滌水的冷水井 和熱水井，層流泵站的熱水井，煉鋼濁環(huán)水池，軋鋼濁環(huán)水 池，鼓風(fēng)機(jī)凈環(huán)熱水井一期、二期、三期，煉軋鋼漩流井， 用于顯示液位、報(bào)警及聯(lián)鎖。
       （2）上述水池內(nèi)增加導(dǎo)電電極液位開(kāi)關(guān)，不受外界其 它因素的干擾。PLC 程序修改完善，自動(dòng)補(bǔ)水的聯(lián)鎖條件為 液位開(kāi)關(guān) DI 信號(hào)與液位計(jì)的 AI 信號(hào)并聯(lián)，提高補(bǔ)水閥與液 位聯(lián)鎖的可靠性，保證補(bǔ)水閥正常工作。
       （3）對(duì)供水作業(yè)區(qū)所有超聲波液位計(jì)進(jìn)行一次全面的 清查，包括超聲波的發(fā)射和接收性能、設(shè)備安裝規(guī)范等。

4 結(jié)語(yǔ)
       造成液位計(jì)虛假高液位的直接原因是因?yàn)榄h(huán)境濕度大， 接線(xiàn)口密封不好，導(dǎo)致水汽進(jìn)入液位計(jì)內(nèi)部，這是一個(gè)比較 復(fù)雜的綜合作用下產(chǎn)生的故障。換能器長(zhǎng)期在濕度很大的環(huán) 境下工作，積累到一定程度時(shí)，超高壓的壓電裝置工作不正 常，產(chǎn)生的超聲波出現(xiàn)衰減等現(xiàn)象，這些因素都會(huì)引起信噪 比降低，產(chǎn)生虛假液位信號(hào)。 一臺(tái)檢測(cè)儀表，尤其是涉及到設(shè)備起停聯(lián)鎖的關(guān)鍵設(shè)備， 一旦出現(xiàn)故障可能引發(fā)重大設(shè)備及生產(chǎn)事故，必須高度重視。