智能超聲波水泥料位儀

水泥廠和混凝土攪拌站的倉內(nèi)料位是生產(chǎn)過程控制的重要參數(shù)之一,水泥行業(yè)應(yīng)用較多的料位計有重錘式料位計、音叉式料位計、電容式料位計、超聲波料位計等。重錘式料位計屬接觸式計量方式,但重錘及其鏈帶易被水泥或生料粉粘裹,且受粉料沖刷,從而造成斷帶、掉錘頭等故障,影響下道工序的安全生產(chǎn)。工業(yè)過程控制系統(tǒng)的各種儲罐、料倉檢測中常用的超聲波液位計、料位計,在常壓、被測物料對超聲波吸收較小,工作環(huán)境溫度不太高的工況條件下應(yīng)用的不少,但是,能在儲罐、料倉內(nèi)有壓力、被測物料對超聲波具有強吸收、高衰減(如水泥等)的工況條件下工作的超聲波料位儀尚未見到成功應(yīng)用的報道。因此,研制能對水泥物料進行測量的安全、準(zhǔn)確、大量程超聲波物位儀表已成為急需。上海同濟大學(xué)聲學(xué)研究所針對這一狀況,成功地研制了一種在水泥儲倉或庫內(nèi)即使有5×10帕壓力、溫度70℃以上、彌漫霧狀工況條件下也能有效工作的超聲波水泥料位儀,該儀器量程為42米(剛性面,量程可達到130米),盲區(qū)1.5米,測量精度可達全量程的±0.5%。

工 作 原 理

超聲波測量物位是利用聲納原理來確定物料在容器內(nèi)的位置,是一種在空氣中的聲納定位設(shè)備。它的工作原理可簡述為:超聲波換能器發(fā)出的超聲脈沖,通過空氣傳到物料的界面,經(jīng)界面反射回到發(fā)射換能器并被其接收。只要測出超聲脈沖從發(fā)射到接收所用的時間,再根據(jù)空氣中的聲速,就可計算出換能器到物料面的距離,從而確定物位。

儀 器 的 設(shè) 計

此前的超聲波料位儀未能有效地測量水泥料位的原因在于:(1)水泥物料對超聲波有很強的聲吸收;(2)水泥物料在儲存的運送過程中無論是采用氣流輸送或是提升機輸送,都會使水泥在庫、倉中的堆積密度隨時間而變化;(3)水泥從庫、倉頂部送入,使庫、倉內(nèi)呈現(xiàn)彌漫氣霧狀。此外有時入庫、倉時水泥溫度很高,這也是測量水泥料位的一大障礙。

根據(jù)以上綜合分析,上海同濟大學(xué)聲學(xué)研究所設(shè)計了超聲波料位儀。在軟件的支持下,通過鍵盤可進行人機對話,根據(jù)現(xiàn)場工況條件,進行參數(shù)設(shè)置。由于各現(xiàn)場工況條件差異甚大,特意設(shè)計了一種鑒別真?zhèn)涡盘柕碾娐?。另外,軟件中也增設(shè)了判別信號真?zhèn)蔚墓δ?,進一步保證了測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

換 能 器

超聲換能器是料位儀的關(guān)鍵部件,它擔(dān)負(fù)著超聲波的發(fā)射和接收的任務(wù)。

為了獲得高的發(fā)射效率和接收靈敏度以及能長期連續(xù)有效地進行檢測,而其表面不聚集水泥物料,我們選用了縱向——圓盤彎曲復(fù)合振動模式的換能器。并在換能器輻射表面采用了特制的耐高溫低聲速材料,使其既能提高發(fā)射效率,又能耐高溫。另外還要考慮水泥料面對聲波的反射強度、聲波路徑傳播損失、接收指向性、現(xiàn)場環(huán)境噪音以及筒、庫內(nèi)的物料狀態(tài);也不能忽視筒、庫內(nèi)有壓力,物料面反射強度極弱時的狀況。經(jīng)過近兩年的使用考驗,它能連續(xù)、有效地進行檢測,其表面不會聚集水泥物料,達到了預(yù)期目標(biāo)。

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2024-12-23 17:56:14