超音波液位計はセンサによって超音波が反射されて電気信号になり、センサを介して測定データを受信し計算する非接触測定ツールであり、環境、測定液体密度、粘度の影響を受けず、日常に必要なすべての測定任務と仕事を完成するのに役立ち、設置と測定手順は非常に簡単で便利である。精度が高く、石油化学工業、水力火力発電などの生産分野に広く応用されている。しかし、圧力に関連するすべての容器や揮発性媒体を測定できないなどの限界もあり、測定中にブラインド領域が発生しやすく、測定中に方法が間違っていたり、故障したりすると、測定結果が不正確になる可能性があります。

一、超音波液位計測定原理分析

       超音波液位計の動作原理は超音波の反射と受信によって実現される。超音波液位計は液体表面に垂直に取り付けられ、センサを介して液面に超音波パルスを発し、一定時間後にセンサが液面で反射された信号を受信し、信号はトランスミッタ回路の選択と処理を経て今回のエコーの距離を算出する。超音波はガス、液体、固体に伝播することができ、周波数が大きいほど超音波方向感が強くなり、超音波液位計はガス式、液体式、固体式の3種類に分けられ、最もよく使われるのはガス式単一プローブ超音波液位計である。

二、超音波液位計測定の利点分析

   ■ 構造が簡単で、取り付けが簡単で、可動部品がない。

   ■ 非接触測定、使用寿命が長い。

   ■ プローブの多くはPVDF、PPなどの材料を採用し、高度な耐食性、自動温度補償機能を有する。

   ■ 媒体湿度、粘度、誘電率、電気伝導率、熱伝導率などの要因の影響を受けない。

   ■ 価格が相対的に低く、生産コストを下げることができる。

   ■ 石油、化学工業、電力、汚水処理、冶金、半導体などの業界に広く応用されている。

三、超音波液位計の測定における故障分析

 3.1 超音波伝搬速度による測定ミス

       超音波の異なる媒体における伝搬速度はそれぞれ異なり、異なる媒体は温度、環境、圧力、時間、場所などの要因によって変化し、超音波の伝搬中の速度も変化する。0°Cの場合、空気中の音波伝搬速度は約331 m/s、水蒸気中では403 m/sであり、圧力と温度の変化に伴って伝搬速度も変化し、温度0°Cの場合、空気中の音波伝搬速度は約331 m/sである。温度が100°Cのとき,空気中の音波伝搬速度は387 m/sに増加し,測定プローブが液面に近づくほど伝搬速度の変化が顕著になり,伝搬速度の変化と不確定により測定誤差が発生し,測定の不正確をもたらす。現在、このような状況はすでに大きな改善があり、温度補償、圧力補償と物理標定を備えた測定プローブが開発され、使用され、温度、圧力が不安定な時に圧力と温度補償を通じてタイムリーにコントロールすることができ、測定誤差を大幅に減少させることができる。

 3.2 電源電圧の変動による測定結果の不正確

       単一プローブの超音波液位計時を用いると,単一プローブはエミッタと受信機の2つの機能を兼ね備えている。測定中、単一プローブに高い電圧を印加すると、超音波液位計の測定ブラインド領域が大きくなり、測定範囲が変化し、測定距離が大きくなる。単一プローブの電源電圧が低すぎると、測定距離が遠い場合、超音波が放出されて反射面に達しないか、反射領域に達してもこの超音波信号を等距離で送り返すことができず、超音波液位計が正常に動作せず、測定結果が不正確になる。そのため、超音波液位計を使用する前に、電源電圧値が定格値の範囲内であるかどうかを確認し、基準に合致しない場合は、プローブの正常な動作を保証するために、直ちに調整しなければならない。

 3.3 選択した測定範囲が不適切である

       超音波は媒体伝播中に弱体化するとともに、測定過程にはブラインド領域距離の測定も存在するため、超音波液位計の測定距離には一定の制限範囲があり、無制限無選択対象で測定できるわけではなく、使用中に測定対象の性質、特徴に対して適切な超音波液位計の種類とプローブタイプを選択しなければならない。

 3.4 伝播媒体による故障を測定する

       超音波測定原理によれば,超音波は伝搬媒体中で液体でも固体でも大きな粒子に遭遇し,超音波の伝達に影響を及ぼす。液体式測定で液滴に遭遇すると、超音波は正常な反射効果を生じるだけでなく、液滴は超音波を散乱させ、超音波送信距離を弱める。同様に固体式測定で発泡体や粒子物体に遭遇すると,超音波反射が弱まりやすく,測定結果が不正確になる。湿った環境で作業する時、特にプローブに注意して、不明な液滴が測定プローブに付着しているかどうか、あるいは付着しているかどうかを検査して、一方でプローブの正常な動作に影響して、測定に誤差が発生することができて、一方で、強い腐食性の液滴が長期にわたって付着しているならば、プローブの損傷をもたらしやすくて甚だしきに至っては廃棄して使用することができません。そのため、スタッフはプローブの清掃、乾燥、正確な保存を強化し、必要に応じて濾過性装置を追加する必要がある。液滴粒子が小さいプローブが付着しない測定の場合、測定は、大出力プローブまたはデュアルプローブ超音波液位計を用いて行うことができる。

 3.5 設置方式による故障

       超音波液位計プローブは取り付け時に垂直に適切な位置に取り付けなければならない。傾斜現象が発生すると、プローブが発する超音波ビームが他の方向に反射し、プローブが受信した反射信号が不完全になり、正常に動作しないため、取り付け方式は厳格に補正しなければならない。同時に、超音波液位計にはブラインド領域があるため、ブラインド領域は測定距離の大きさに従って正比例に変化し、一般的に30 cm-50 cmの間にあり、一般的に超音波液位計時ブラインド領域を設置することは考慮すべきである。しかし、特殊な場合、空間と設置条件の制限を考慮し、ブラインド領域の小さい超音波液位計の選択を考慮する必要がある。

また、測定液位面が不安定または他の不純物が発生すると、測定効果が不正確になることもある。そのため、超音波液位計時を使用するには、まず付属品の取り付け、プローブのメンテナンス、電源電圧の数値補正などの検査を行い、液位計に故障がないことを確保しなければならない。次に、使用時に液位環境に基づいて、合理的で正確な液位計を選択し、液滴、温度、湿気などの多くの干渉要素を避け、液位計の正常な動作を制御し、測定精度を確保しなければならない。