随着自动化控制技术的不断发展，工业用户对测量仪表的精度和自动化程度的要求不断提高。人工的老式液位计，例如玻璃管式液位计、浮标式液位计等逐渐被淘汰。取而代之是测量可靠、精确度高，可就地显示并将信号远传的液位仪。本文主要介绍西门子公司发布的全球首款1mm高精度超声波物位变送器SITRANS LUT440的性能及其高精度明渠流量测量。

化工企业不断发展的过程中会产生大量的污水，随着社会经济的提高，科学技术的不断发展，人们对于水资源的短缺、污水排放指标、环保等方面的意识都在不断提高，国家也对化工企业污水排放指标实施了新的规定，化工企业水处理的能力和技术变得尤为重要。

水处理过程中需要对各种参数进行监测，用以保证出水质量、降低系统能耗、增加稳定性并保证整个工艺的高效运行，其中液位仪表在水处理工艺中起着十分重要的作用。现今市面上的液位测量仪表多种多样，例如：超声波液位计、投入式液位计、差压式液位计和浮力式液位计等。随着自动化控制技术的不断发展，工业用户对测量仪表的精度、自动化程度要求也不断提高。人工的老式液位计，例如玻璃管式液位计、浮标式液位计等逐渐被淘汰。测量可靠、精确度高，可就地显示并将信号远传的液位仪表越来越受欢迎，尤其是超声波波液位计，它采用非接触式技术，不仅可提供可靠、稳定的测量，其维护量也很小，已成为现今行业中液位测量的主流产品。

图1 SITRANS LUT400全球首款1mm精度超声波物位变送器

功能强大的高精度超声波物位变送器

SITRANS LUT400是西门子公司于2012年在全球发布的一款超声波物位变送器（如图1），它具备现今超声波物位测量领域内最高的精度：1mm的高精度，可对各种液体、固体、浆料等物料进行物位、体积的测量，也可提供高精度的明渠流量监测，并且SITRANS LUT400还集成了水或与水相关行业所需的全套的泵控、报警功能和强大的数据记录功能，成为了水行业液位测量产品的首选。

根据不同应用，SITRANS LUT400分为以下3种型号，即LUT420-物位和体积变送器，LUT430-物位、体积、泵控和流量变送器和LUT440-高精度明渠流量变送器。

SITRANS LUT400可实现最大60m量程的物位监测, 与全系西门子Echomax超声波探头兼容。每台SITRANS LUT400都是结构紧凑的单点型超声波物位测量变送器，支持3个继电器输出，并具备行业领先的精度和易用性。

图2 指数型一次测量设备的液位与流量关系图和绝对算法公式

高精度明渠流量计

SITRANS LUT400系列产品做为超声物位变送器，除了可以测量物位外还可用于明渠流量的测量。明渠多为敞口，且流体中多含粘污、腐蚀性物质，这些工况对管道式流量计的使用都造成很大的困难。超声波物位计是利用明渠内液位与流量的关系通过测量液位来计算流量值，采用非接触式测量方式，无需与被测流体直接接触，对水质要求不高，可测量污水，并且也没有满管或液体中不能有泡沫的要求，因此在明渠流量的测量中超声波物位计比其他流量测量产品具备更高的可靠性，安装、使用更简单，维护量更小。

SITRANS LUT440是现今市面上精度最高的超声波明渠流量变送器（精度最高可达1mm），测量时，需在明渠上安装一次测量设备，即堰/槽，从而对渠内水流产生节流作用，使明渠内的流量与液位有固定的对应关系，图2为指数型一次测量设备的液位与流量关系图和绝对算法公式。超声波传感器固定安装在堰/槽液面上方，向液面发射超声波并接收回波，SITRANS LUT440超声波物位变送器分析回波信号来计算液位值并将液位值转化成流量值，完成超声波明渠流量测量，图3为SITRANS LUT440明渠流量测量。

由于明渠流量的测量通常取一段时间内流量的累积值，因此哪怕只有微小的液位误差经过长时间的累积也会造成巨大的流量误差，所以SITRANS LUT440高达1mm的超高精度，在明渠流量测量中最大程度上保证了测量的准确性和可靠性，成为了明渠流量测量的首选产品。

SITRANS LUT440具备多种新技术：基于西门子专利的“声智能”信号处理技术，SITRANS LUT440升级为“新生代声智能”，增加了专利的数字接收器、增强型过滤器和“质量因数”等新技术，这些都使SITRANS LUT400不仅可实现最高1mm的高精度液位测量，还具备非常先进的自诊断功能。在实际应用中，SITRANS LUT440测量可靠、性能更稳定，并可适应各种不同的、不断变化的工况，极大程度上降低了操作和维护成本。

图3 SITRANS LUT440明渠流量监测系统图

高精度明渠流量测量实际应用

在明渠流量测量中，为达到1mm的超高精度，SITRANS LUT440需配合西门子Echomax XRS-5超声波传感器和TS-3温度传感器一起使用。西门子Echomax XRS-5超声波传感器安装在入厂明渠上方，温度传感器TS-3可安装在Echomax XRS-5超声波传感器和被测液面之间的位置，对温度进行更精确的补偿，它们和SITRANS LUT440超声波物位变送器一起组成高精度明渠流量测量系统，如图3为SITRANS LUT440高精度明渠流量测量系统图。

SITRANS LUT440使用非常简单，它支持13种不同的一次测量设备（堰/槽）（如图4），通过带中文的本地显示界面，用户只需要根据快速启动向导，选择其一次测量设备的种类，输入一些参数，就可以快速的实现仪表的设置。如果用户的一次测量设备为非标准结构，可选择“自定义一次测量设备”，通过输入32个断点的水头(液位)和流量值在SITRANS LUT440内编程，实现不规则一次测量设备的明渠流量测量。

图4 SITRANS LUT440支持13种一次测量设备（堰/槽）

SITRANS LUT400在明渠流量测量和物位测量中显示界面和参数设置上都不同，如图5为SITRANS LUT440的流量显示界面，可通过面板上的4个按键进行操作，根据LCD显示屏上的快速启动向导的提示进行设置。

实际使用中，SITRANS LUT440操作设置都非常简单，具备中文的操作界面和快速启动向导，很多用户都可以很快的完成安装和调试。

图5 SITRANS LUT440流量显示界面

结束语

对于化工企业而言其污水处理厂的入厂流量监测是非常重要的。污水处理厂的操作人员通过SITRANS LUT440提供的入厂污水流量来掌握该时期污水处理厂的处理量，并决定化学试剂的给料量；将入厂污水流量与出厂净水流量值进行对比，还可评估污水处理设备的性能，预见是否需要对污水厂进行升级或扩建。SITRANS LUT440提供更高的精度，使操作人员能更准确地掌握污水的液位和流量，从污水进入水厂的那一刻起，液位的精确性就保证了整个污水处理过程可以得到更好的控制，帮助客户获得长期收益，为污水处理厂节约了大量的资金。另外，政府相关检测机构会根据污水厂的入厂、出厂的流量值进行环境评估，有了SITRANS LUT440高精度的液位监测，这些数值和评估就能更准确、更可靠。