物位测量技术，仪表在污水处理行业应用管理(2)

　　通常还将温度补偿用的热敏电阻温度传感器装入超声换能器外壳中，同时将代表温度的电信号叠加到发/收脉冲中一起传回电子单元识别处理。这样使用较方便，不必另外安装温度补偿探头及布线。 

　　波束角 

　　超声换能器辐射超声波，并沿着垂直于辐射面的轴线（发射轴线）向前传播。（图5）在保持离辐射面中心等距的条件下，当偏离轴线时声波强度减少，当声波强度减小到轴线上值的一半时（-3dB），该点称为半功率点。相应的点为一个圆，和换能器辐射面中心形成一个圆锥，、其圆锥角被定义为（半功率）波束角，它定量地表示了超声波换能器的指向性。但并不是圆锥以外就没有声波信号了，偏离轴线时声波的减弱是逐渐的。同一换能器其发射波束角与接收波束角是相同的。波束角内的障碍物能得到较大的回波，在应用时必须考虑。 

　　换能器的波束角与所发射超声波的波长（频率）及换能器辐射面直径有关：同样辐射面直径时，发射超声波的频率越高（波长短），波束角越小；同样频率下，随辐射面直径增大而波束角减小。

　　在超声测量物位时，换能器波束角大，发射的超声波能量分散，并且容易收到干扰回波。对于较短的容器（10m以内），12°左右的波束角是合适的，它可以使安装、对准较容易。对于较狭且较高的容器，要采用狭波束角（5°或6°）的换能器，可以避免容器壁上焊缝的反射影响及易避开障碍物反射，使测量更可靠。 

　　4）超声物位计在结构上可以分为以下二类： 

　　（1）一体型：超声换能器与电子单元合为一体，使用时直接安装在被测容器顶部或被测物料上方。数字显示物位并输出标准4～20mADC模拟信号及其它信号（数字通讯信号及报警信号等）。这种形式的超声物位计因其安装使用方便，价格低廉，性能可靠，在水及废水处理及一般液位测量中得到广泛应用。可以耐酸、碱等腐蚀介质， 

　　一般以24VDC二线制回路供电，可以本安防爆。但不能耐高温，长期工作温度应低于80℃，量程一般在12m以内，主要用于测量液位，是电容式、压力式等液位计的强力竞争对手。 

　　（2）分体型（如LUT400） 

　　超声换能器与电子单元互相独立，超声换能器安装在现场料罐上，电子单元安装在现场仪表箱内，或远处控制室内，两者之间用高频同轴电缆或双绞屏蔽线相连，相距可达360m。由于换能器耐环境能力强，耐高温可达150℃，低温-40℃，换能器有Kynar，Teflon，PP等耐腐蚀工程塑料外壳，可用于腐蚀场合。换 能器可以制成全密封结构，满足防爆要求，可用于防爆场合，测量量程最大可达100m，是目前超声物位计的主要形式。 

　　5）安装 

　　选择合适的安装位置对保证测量系统正常工作是非常重要的。应保证超声换能器与被测物料表面之间不存在任何障碍物，人梯、横梁、搅拌器等均可能引起干扰回波，故不能太靠边安装，加料流也不能进入波束范围。对于固态物料，因加料时会形成尖峰，卸料时会形成碗状料面，测量点最好选择在能反映平均料位的位置上。安装时还要考虑最高物位不能进入换能器盲区，否则必须加装立管，使换能器抬高。 

　　1）污水收集系统：提升站/泵站/集水井 

　　在市政水处理厂中，一个地下的重力输送收集系统将原始污水从住宅及工业用户，传送到污水处理厂。泵站（又称污水提升泵站）遍及系统的各个位置，下一段管道需要重力助一臂之力。在泵站内污水被收集在集水井内，从这个过渡点上，污水被泵出提升它到达处理厂。所以液位的把握极为重要。目前的污水管网泵站各自装有超声物位计，但基本上还是电话联系水位，资源并没有得到共享。 

　　2）污水处理系统：氧化沟/曝气池/出水池 

　　氧化沟在污水处理中处在关键环节，曝气池，出水池等水位控制极为严格，一旦溢水二次污染，停产，对前一级泵站及管网的压力不可小视。 

　　我单位在设计中考虑生产需要，集系统性，可行性，一体性，配置基本合理，经济效能充分体现。后期维护与管理发现还是有许多需要完善改进的地方。现就实践中的一点体会与大家分享。希望能起到抛砖引玉的作用。现运行的超声波物位计使用中经常报警，故障。除一次雷击其余都是缺乏管理经验。雷击是致命的，一次雷击可能是多台的损失。而维护检修中一个接头，一个绝缘层破损是高腐蚀水气进入电缆内蚀断屏蔽层的主要原因。以分体型超声物位计LUT400为例，电源230V信号源有脉冲，故障灯闪烁。将探头拆下，红线与黄线10k欧姆，红线与地线，黄线与地线有几兆，且不断变化。怀疑有断线，拨开绝缘层发现网状屏蔽线腐蚀成一小段一小段。维修方法是——将超声换能器探头从中间环切外壳，取下换新线盖上，密封胶密封。接线时注意极性，调试正常。另外新安装的污泥斗物位计采用运动阻尼法，上下限位开关传递开关信号，控制绞龙工作状态。深度处理药池采用玻璃管的直视法。成本低且实用。 

　　笔者在实践中总结出几点：（1）所有露天安装的设备虽然有密封，但维修时要避免导线中间没有接头与外观绝缘层完整性。（2）在每台独立设备的电源前端加装防雷设施，雷雨期前必要的防雷设施更换。（3）加强巡视，记录制度化。从技术措施与制度措施保证生产的安全。 

　　【参考文献】 

　　[1]测量仪表与测量技术[M].2版.机械工业出版社. 

　　[2]物位测量仪表[M].机械工业出版社.