固體料位的精確測(cè)量——常用方法、難點(diǎn)和選型

　　【儀表網(wǎng) 儀表科普】顆粒狀固體是一系列顆粒的集合，如雪、沙、稻或煤。雖然顆粒狀固體的形式很容易解釋?zhuān)鼈兊男袨楹軓?fù)雜，不同于液體和氣體。準(zhǔn)確測(cè)量罐或料倉(cāng)中的固體數(shù)量，對(duì)于產(chǎn)品管理以及庫(kù)管的控制和轉(zhuǎn)移十分重要。
 

　　傳感器類(lèi)型
 

　　與液位測(cè)量一樣，固體料位測(cè)量設(shè)備也分為兩大類(lèi)：非接觸式和接觸式。在這些類(lèi)別中，設(shè)備可以進(jìn)一步細(xì)分為點(diǎn)料位和連續(xù)料位監(jiān)控。本文介紹這些設(shè)備和一些應(yīng)用背后的原理。
 

　　固體料位測(cè)量不像液位測(cè)量那樣干凈利落。液體的重量特性，可以使用靜壓裝置轉(zhuǎn)換成液位的重量; 固體在同一批次內(nèi)可以發(fā)生較大的變化。液體也具有自流平，并且在沒(méi)有混合或其它干擾的情況下，可以為測(cè)量裝置提供均勻的表面。這是固體料位測(cè)量面臨的挑戰(zhàn)之一。
 

　　西門(mén)子的Multi-Ranger 200是一款短程、中程超聲波單容器和多容量料位監(jiān)視器/控制器。它可用于包括城市垃圾、木屑和具有高休止角的材料。它提供報(bào)警、開(kāi)/關(guān)和交替泵控制，可用于各種應(yīng)用，如濕井、料斗、干燥固體儲(chǔ)存和其它領(lǐng)域。圖片來(lái)源：西門(mén)子。
 

　　固體一般只能向測(cè)量裝置提供不平坦的表面，并且在存儲(chǔ)它們的容器中不均勻地裝載或沉降。尋找水平表面以反射信號(hào)對(duì)于固體物料來(lái)說(shuō)具有一定的挑戰(zhàn)性。
 

　　用于固體測(cè)量的非接觸式設(shè)備，與用于液位測(cè)量的非接觸式設(shè)備相同，超聲波、雷達(dá)和激光是常見(jiàn)的設(shè)備。超聲波裝置具有成本較低的優(yōu)點(diǎn)，并且我們對(duì)于它們的行為模式了解的非常清楚。不幸的是，有時(shí)會(huì)導(dǎo)致誤用，從而導(dǎo)致結(jié)果不一致。雷達(dá)設(shè)備也是如此。
 

　　固體一般難于沉降成均勻且水平的表面。更常見(jiàn)的情況是，固體通過(guò)輸送機(jī)傳輸?shù)剿浠蛲矀}(cāng)，輸送機(jī)將固體傾倒到一個(gè)位置，使其形成由固體“休止角”確定的圓錐體。當(dāng)超過(guò)該角度時(shí)，存在質(zhì)量沉降或脫落。如果非接觸式設(shè)備正在監(jiān)測(cè)錐體頂部，則這種脫落將導(dǎo)致料位突然發(fā)生變化。通常情況下，設(shè)備被布置在交付區(qū)域附近，很難測(cè)得真正的料位，并且任何脫落都會(huì)再次導(dǎo)致料位的突然變化。
 

　　固體測(cè)量的難點(diǎn)
 

　　問(wèn)題是傾斜表面的反射。超聲波、導(dǎo)波雷達(dá)(GWR)和激光裝置依賴(lài)于被測(cè)材料表面的信號(hào)反射。液體表面是均勻的，并且為信號(hào)“反射”提供了良好的反射表面。固體的稠度、粒度，當(dāng)然還有休止角各不相同。休止角是固體在以均勻一致的流速輸送時(shí)，自然沉降的角度。每個(gè)固體都有一個(gè)特有的休止角。這可以在測(cè)量料位點(diǎn)的應(yīng)用中使用。
 

　　可以以休止角的角度來(lái)安裝非接觸式測(cè)量裝置傳感器，以確定固體錐體何時(shí)到達(dá)控制點(diǎn)，例如料位高警報(bào)。連續(xù)料位測(cè)量并不容易。缺乏均勻的表面會(huì)阻止相干反射返回到變送器，并且變化的粒度會(huì)產(chǎn)生散射效應(yīng)，這兩種情況都會(huì)導(dǎo)致信號(hào)的不可靠。激光器是更可靠的測(cè)量料位點(diǎn)的設(shè)備，在確定控制點(diǎn)處固體的存在時(shí)更準(zhǔn)確。
 

　　Aplus Finetek傳感器公司的SAL 18系列射頻導(dǎo)納點(diǎn)料位開(kāi)關(guān)，據(jù)稱(chēng)是一種先進(jìn)的射頻(RF)料位開(kāi)關(guān)，適用于檢測(cè)液體、固體和漿料的存在/不存在的各種應(yīng)用，包括瀝青混合料、瀝青 、干粉、顆粒狀材料等，用于高、低料位檢測(cè)。提供自動(dòng)增強(qiáng)保護(hù)功能。圖片來(lái)源：Aplus Finetek傳感器公司
 

　　如果在裝置容器上安裝不切實(shí)際，那么可以將激光器安裝在裝置的“肩上”。例如在給卡車(chē)裝載淤泥的應(yīng)用中，由于物料搬運(yùn)和輸送設(shè)備，在卡車(chē)上安裝液位監(jiān)控裝置是不切實(shí)際的。
 

　　容器中的灰塵、固體膨脹和不均勻的負(fù)載都會(huì)影響非接觸設(shè)備。請(qǐng)記住，灰塵可以燃燒。在實(shí)施安全程序之前，煤塵和糧食筒倉(cāng)爆炸經(jīng)常發(fā)生。在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)必須考慮這個(gè)特性。除了燃料、氧氣和燃料燃燒所需的點(diǎn)火之外，灰塵需要分散和限制在密閉容器中才能變成可燃物。分散可能會(huì)干擾非接觸類(lèi)型的料位設(shè)備運(yùn)行。
 

　　應(yīng)在系統(tǒng)中設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)脑O(shè)備外殼以提供適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)。當(dāng)固體“結(jié)塊”并且與筒倉(cāng)內(nèi)填充物的其余部分分離而成為單獨(dú)的物體時(shí)，會(huì)發(fā)生固體膨脹，如在筒倉(cāng)一側(cè)堆積的固體。這可能導(dǎo)致無(wú)法和水平儀接觸或水平儀無(wú)法接觸物料。常見(jiàn)的補(bǔ)救措施是用振動(dòng)或利用空氣使固體“流體化”，以確保均勻分布。由于諸多原因，可能發(fā)生不均勻的加載。在某些情況下，系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行人員的經(jīng)驗(yàn)，再加上機(jī)械攪動(dòng)，可以幫助緩解此問(wèn)題。
 

　　用于該應(yīng)用的接觸式測(cè)量裝置是固體測(cè)量所特有的。這些裝置依賴(lài)于與材料的直接接觸或重量。固體的大小、密度、含水量和重量各不不同。這些特征可用于檢測(cè)或推斷料位。公共點(diǎn)料位檢測(cè)裝置是振動(dòng)簧片或“音叉”型傳感器。另一種常見(jiàn)的測(cè)量方法是采用重量和電纜系統(tǒng)。該裝置是機(jī)械的，包含一個(gè)滑動(dòng)線(xiàn)傳感器，它可以跟隨機(jī)械機(jī)構(gòu)向下移動(dòng)到地面。應(yīng)變計(jì)用于改造現(xiàn)有的容器或筒倉(cāng)，以指示容器內(nèi)的固體負(fù)載。