冲击振动式物料位计原理与实验研究

　　1　引言

　　物料位测量,特别是固体物料的料位测量,由于被测对象的特殊物性,如粉尘,黏附,板结等作用,最佳的测量方法是非接触式测量。相比较超声波式和雷达式等非接触方法,虽然不直接与被测物料接触, 但都需要与物料上方介质接触,需要物料上方介质具有对超声波或微波透明,完全非接触式测量方法具有完全不与被测物料,包括物料上方介质接触,具有更广泛的适应性和更高的可靠性。目前仅有两种完全非接触式测量方法:放射式和称重式。由于放射式料位计需要高能γ射线穿透被测容器,其运行中的安全防护与放射源的存储等问题制约了这种方式的应用。称重式料位测量仪器对介质密度有直接的依赖,需要有已知且稳定的介质密度,这在液体测量中也许是容易满足的条件,在固体介质的测量中往往很难满足。由于需要测量整体容器的重量,要求容器只有有限个钢结构支撑架,这也限制了仪器的安装条件。通过理论分析与实验研究,研制了一种以冲击与振动的方法进行测量的新型料位计。作为一种新型的完全非接触式物料测量方法,不使用高能射线,没有放射污染,不依赖被测介质密度,对容器结构没有要求,全部仪器安装于容器外部,与被测界面上下两种介质都不需接触,是一种干净,方便,廉价,适用广泛的新型料位测量的方法。

　　2　测量原理

　　测量的基本原理是通过容器外部的激振器产生适当的能量波,经过传播后,携带容器内界面情况的信息,被传感器所接收,通过分析波的特征,得到界面信息。能量波可以选择电磁波或机械波。电磁波只有频率足够高才有足够能量穿透容器(特别是金属容器),也就是目前已经使用的放射料位计中的γ 射线。由于高能射线对人体的危害,使用受到很大限制;机械波不会对环境造成污染,使用安全。较高频率的机械波具有较短的波长,有利于提高精度。

　　但是较高频率的机械波穿透能力差,如超声式料位计就必须安装于容器内部,虽然称为非接触式测量, 只是与被测界面两介质中的一种不接触,仪器需要在另一种介质中发射与接收超声波,这就要求这种介质具有超声透明的特性。也许这种方式应当称为半接触式测量。为了能够进行完全非接触测量,选择使用低频机械波,可以从容器外壁产生与接收,不但容易产生,容易检测,而且容器及被测介质对波的衰减小,在大量程时这一点尤为重要。但是低频机械波容易受到噪音干扰,由于波长较长,对测量精度的提高也带来很多困难。这些都对信号处理提出很高要求。在低频机械波的传播过程中,可以把容器壁看作具有一定单位面积质量,具有各向同性的剪切弹性模量,各向均匀的薄板介质。