智能超聲波水泥料位儀
2001-07-26 00:00
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(jì)有重錘式料位計(jì)、音叉式料位計(jì)、電容式料位計(jì)、超聲波料位計(jì)等。重錘式料位計(jì)屬接觸式計(jì)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(chǔ)罐、料倉檢測中常用的超聲波液位計(jì)、料位計(jì)，在常壓、被測物料對(duì)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(chǔ)罐、料倉內(nèi)有壓力、被測物料對(duì)超聲波具有強(qiáng)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(bào)道。因此，研制能對(duì)水泥物料進(jìn)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(jì)大學(xué)聲學(xué)研究所針對(duì)這一狀況，成功地研制了一種在水泥儲(chǔ)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(dá)到１３０米），盲區(qū)１．５米，測量精度可達(dá)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(shí)間，再根據(jù)空氣中的聲速，就可計(jì)算出換能器到物料面的距離，從而確定物位。
儀 器 的 設(shè) 計(jì)
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(duì)超聲波有很強(qiáng)的聲吸收；（２）水泥物料在儲(chǔ)存的運(yùn)送過程中無論是采用氣流輸送或是提升機(jī)輸送，都會(huì)使水泥在庫、倉中的堆積密度隨時(shí)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(shí)入庫、倉時(shí)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(jì)大學(xué)聲學(xué)研究所設(shè)計(jì)了超聲波料位儀。在軟件的支持下，通過鍵盤可進(jìn)行人機(jī)對(duì)話，根據(jù)現(xiàn)場工況條件，進(jìn)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(jì)了一種鑒別真?zhèn)涡盘?hào)的電路。另外，軟件中也增設(shè)了判別信號(hào)真?zhèn)蔚墓δ埽M(jìn)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(jìn)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(dòng)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(duì)聲波的反射強(qiáng)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(qiáng)度極弱時(shí)的狀況。經(jīng)過近兩年的使用考驗(yàn)，它能連續(xù)、有效地進(jìn)行檢測，其表面不會(huì)聚集水泥物料，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。
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(shí)間，再根據(jù)空氣中的聲速，就可計(jì)算出換能器到物料面的距離，從而確定物位。
儀 器 的 設(shè) 計(jì)
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(duì)超聲波有很強(qiáng)的聲吸收；（２）水泥物料在儲(chǔ)存的運(yùn)送過程中無論是采用氣流輸送或是提升機(jī)輸送，都會(huì)使水泥在庫、倉中的堆積密度隨時(shí)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(shí)入庫、倉時(shí)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(jì)大學(xué)聲學(xué)研究所設(shè)計(jì)了超聲波料位儀。在軟件的支持下，通過鍵盤可進(jìn)行人機(jī)對(duì)話，根據(jù)現(xiàn)場工況條件，進(jìn)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(jì)了一種鑒別真?zhèn)涡盘?hào)的電路。另外，軟件中也增設(shè)了判別信號(hào)真?zhèn)蔚墓δ埽M(jìn)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(jìn)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(dòng)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(duì)聲波的反射強(qiáng)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(qiáng)度極弱時(shí)的狀況。經(jīng)過近兩年的使用考驗(yàn)，它能連續(xù)、有效地進(jìn)行檢測，其表面不會(huì)聚集水泥物料，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。
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