智能超声波物位测量系统在冶金烧结生产线上的应用

　　1　综述

　　物位测量是工业自动化仪表检测系统中最常见的一种参数测量类型,钢铁、化工、石油、矿山行业中,总有许多盛液或盛料的矿槽、料仓、储液箱,反应锅等设备,需要测定料位或液位,进行显示或参与控制,其测量范围大,使用场合和环境要求不一,如很多场合需满足防爆、耐腐蚀等实际工况条件,而超声波物位测量系统具有精度高、设备轻便、安装与调试简单,易于读数和测量时不与被测介质直接接触等特点,所以较易实现连续测量。本文着重介绍智能超声波物位测量系统的组成和工作原理,主要工作技术指标,以及在冶金烧结生产线中的实例运用过程。

　　2　组成和工作原理

　　其主要系统除I/O接口、上位机、电源系统是外接设备外,最核心的主要设备由超声波换能器、温度传感器、智能超声波物位计三大部分组成。其主要工作原理如下:

　　通过带有微处理器CPU的主控电路发出电脉冲信号送至各超声波换能器,由换能器发出超声波脉冲,在媒质(空气)中传播一段距离后经物料表面反射至接收探头,测出超声波脉冲从发射到接收的时间,再根据媒质中的声速就能计算出从探头至物料表面的距离,从而确定料位,一般探头的工作方式为自发自收单探头方式,假设探头至物料表的距离为L,从发射到接收的时间为T,超声波在媒质中的传播速度为C,则

　　但各种媒质中有不同的声速,即使是同一媒质,如果温度不同,声速也不一样,因此只有当测试条件比较理想时,才能假设声速为定值,当温度变化较大时,可采用外接温度传感器,更多的采用内置式温度传感器,进行温度测量而自动补偿,声波在理想气体中的传播速度可认为是绝热过程,可由下式求得:

　　R—气体常数;γ=CP /CV　CP—定压比热;CV—定容比热;M—分子量;T—绝对温度

　　因此,理想气体中的声速与绝对温度T的平方根成正比,而与压强无关,对于空气讲

　　当然空气中的声速还受到水蒸汽等组合含量的影响,以妙声力公司的产品为例,常态下,以容器内空气温度为20℃为基准,声波速度取344.1m/s。

　　3　主要技术指标

　　4　应用实例

　　烧结系统是钢铁行业中炼铁生产中很重要的一环,它主要通过把各种经过选矿后的矿石原料如石灰石、蛇纹石等原料,经过破碎、筛分、配料、烧结等主要工序后烧结成高炉等炼铁设备需要的烧结矿、球团矿,烧结矿/球团矿的好坏直接影响生铁的质量,烧结生产线中有大量的矿槽、料斗、料仓以及烧结机台车等设备需要测量料位或料厚参数,参与到控制系统中去。在过去的料位控制系统中,常常选用的是重锤式料位计或振动式料位计,但由于被测介质如煤粉等固体颗粒粉尘较多,容易产生粉尘积聚,因而导致料位计易发生误动作和振动棒堵转等现象,该类仪表一般用于开关量的输出和完成逻辑程序控制,不能实现连续测量与控制,同时,如果用于实现联锁较多的复杂控制,则造成点检工作量大等维修问题。