摘要：超声波液位计在工业生产和自动化控制等领域中得到了广泛应用，但是在某些特殊情况下，其探头表面会发生凝露，从而影响其测量的准确性。根据超声波液位计的工作原理及凝露发生的机理，本文总结了几种可以有效防止超声波液位计探头表面发生凝露的方法。
关键词：超声波液位计探头 防止 凝露
前言
超声波液位计是一种非接触式、高性能的液位测量仪，其测量精度高，安装维护简便，使用周期长，适用性广，并具有相对的价格优势，近些年来在工业生产和自动化控制中得到了广发的应用。但是在某些特殊情况下，超声波液位计换能器（探头）表面会发生凝露现象，附着大量的水珠，导致液位测量出现偏差。
一、超声波液位计工作原理
工作原理：超声波液位计的换能器（探头）发出高频脉冲声波，声波遇到被测液体表面被反射，部分反射回波被换能器（探头）接收并转换成电信号。声波的传播时间与声波的发出到液体表面的距离成正比。声波传输距离L与声速v和声波传输时间t的关系可用公式表示：L=v*t/2，其中，声速v的温度补偿公式为：v=（331.5+0.6t）m/s。
二、凝露发生的机理及影响
凝露发生的条件取决于：湿度、温度、露点温度。
通常情况下，在潮湿、多雾、结露的区域，空气中的湿度较大，但这并不会对超声波液位计的测量工作带来影响。然而，在某些情况下，当绝对湿度达到空气的饱和水蒸汽量，空气温度低于露点温度时就会在超声波液位计探头表面发生凝露。一旦探头上的水珠过多，颗粒过大，则可能会使探头发出的超声波发生折射现象，于是探头发射的超声波在发射过程中会穿过水珠和蒸汽产生初次衰减，然后从液面反射回来时候产生二次衰减，造成返回至探头的超声波信号较弱，从而导致仪表发射和接收的时间差出现错误，并计算出具有误差的液位。
三、防止发生凝露的方法
从凝露发生的机理及影响过程，我们可以发现，想要防止超声波液位计因发生凝露而导致测量误差，可以从两方面入手，一是采取控制措施，防止超声波液位计探头表面发生凝露；二是采取措施，将在凝露过程中的水珠及时清除掉，以保证超声波液位计测量的准确性。在吸取工程技术前辈们研究超声波液位计应用方面宝贵经验的基础上，通过多年的工作实践，本文总结了以下几种能有效防止液位计探头发生凝露的方法。
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图1 超声波液位计安装示意图
1、加大液位计测量量程
当超声波液位计用于测量非封闭容器或水池的液位时，在设备选型上，可根据实际需要测量的液位深度合理选择，适当加大液位计的测量量程。在安装时，液位计应高于正常最高水位，并垂直安装在支架上（如图1所示），最好能保持探头处通风良好，以此减少、削弱水蒸气和雾气对测量结果的影响。户外安装时，还应加装保护罩，以避免阳光直射和雨淋。
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图2 环境温度、凝露温度与相对湿度曲线
2、加热探头使其表面温度始终高于环境温度
从凝露发生的机理与图2的环境温度、凝露温度与相对湿度曲线我们可以得出结论：要想防止超声波液位计探头表面凝露的发生，就必须使超声波液位计探头表面温度始终高于其所在的环境温度。为此，可以增设加热装置加热超声波液位计探头，使其表面温度始终高于环境温度以防止凝露的发生。在此总结了两种可行的方案：
方案一：根据超声波液位计使用环境的温度情况，选用适当温度的自限温电伴热带缠绕探头，通电后为探头加热，使探头表面温度始终高于环境温度，以防止凝露的发生。
方案二：选用恒功率电伴热装置，将恒功率电伴热带和感温元件缠绕在探头上，装置通电后设置电伴热的启/停温度，使探头表面温度始终高于环境温度，以防止凝露的发生。该方案的优点在于可以根据环境温度的变化灵活设置电伴热的启/停温度，缺点在于成本较高，较方案一增加了温控装置和感温元件。
3、加装压缩空气吹扫装置
超声波液位计安装完成后，可以在其附近加装一套压缩空气吹扫装置（包括吹扫控制阀，调压阀，压力表），压缩空气的吹扫口对准液位计探头。
当超声波液位计探头表面发生凝露开始有附着水珠的迹象时，吹扫装置以一定压力的压缩空气可以吹掉探头表面的水珠。这样，即使发生凝露现象，凝露的水珠也无法附着于探头表面影响液位计的测量，从而达到防止发生凝露的效果。
4、探头表面涂抹疏水性物质
超声波液位计安装在容易发生凝露的场所，可在其探头表面均匀涂抹一层很薄的油脂，如硅脂、氟烃类油脂等疏水性极强的物质，可以很好的防止探头表面因发生凝露而造成液位计测量误差。因为疏水性物质具有良好的疏水特性，故在其表面发生凝露形成的水珠很容易自然掉落，起到一个“自清洁”的作用。
这种方法也存在一定的弊端，即疏水性物质具有良好的疏水性，可以起到“自清洁”的作用，但却比较容易吸附环境中的其他杂质，如果吸附的杂质过多会引起液位计测量误差，故需要定期对超声波液位计的探头进行检查和清理，清理完成后重新涂抹油脂。
四、总结与展望
超声波液位计在工业生产、自动化控制、液位监测等领域中应用广泛，为了确保测量的准确性，防止其探头表面发生凝露就显得尤为重要，本文从国内现有超声波液位计使用的角度总结了以上几种防止液位计探头发现凝露的方法。这些方法都是在液位计的使用现场通过其他措施得以实现，虽能解决问题，却增加了使用成本。
随着科技的不断进度和发展，很多先进的技术可以应用到超声波液位计的设计和制造中，从液位计本身解决掉探头表面可能发生凝露的问题。如纳米疏水镀膜技术已经非常成熟，超疏水材料和超疏水表面处理等技术也得到了长足的发展，希望超声波液位计的生产厂商能将这些先进的抗凝技术应用到产品的设计和制造中去，以提高产品的使用性能。
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论文作者:丁志强1,陈翔2
论文发表刊物:《电力设备》2019年第21期
论文发表时间:2020/3/16
标签：疏水论文; 发生论文; 超声波液位计论文; 表面论文; 测量论文; 水珠论文; 温度论文; 《电力设备》2019年第21期论文;