新型物位检测技术应用研究

　　1　前　言

　　物位(包括料位、液位、界面)检测技术在现代化工业过程控制中占有重要地位。通过对物位的测量,获得物位的连续变量或开关量信号,从而实现对物料的处理以及加工过程最优化的控制,并且对在线物料的储藏管理提供有用的信息。现代物位检测的技术与产品众多,分别对应于不同的工况与应用条件,必须根据实际需要进行合理地选取。

　　2　常用物位检测技术

　　宝钢作为特大型钢铁联合企业,技术先进,工艺复杂,流程众多。在生产过程中的各个环节,几乎都要对所用物料进行测量,如对炼铁原煤、矿石料仓料位的检测,发电厂中锅炉汽包水位的测量与控制,遍布全厂范围的各种槽罐液位的监测等等。

　　目前常用的物位检测技术及其主要性能见表2—1。

　　由于现场具体的使用工艺要求不同,安装环境不同,被测介质种类、状态不同,情况异常复杂,必须根据具体的现场工况,合理地选择物位检测的技术与产品。

　　3　超声波、雷达、相位跟踪检测技术

　　基于现场的调研结果,新型物位检测技术超声波与雷达(传统物位检测技术不作为本文讨论的重点)在宝钢有大量的应用,产品型号、制造厂家众多,使用情况有好有坏。现拟从这两种检测技术与相位跟踪技术的理论分析入手,然后对现场实际使用情况作出评估。

　　3·1　超声波检测技术

　　3·1·1　测量原理

　　超声波物位传感器通过高性能的压电陶瓷探头发射聚焦的脉冲波束,发射波遇到介质表面后被反射回来。反射信号经过智能化软、硬件处理,滤去噪声,算出声波的运行时间,进而测得探头与介质表面的距离(如图3—1),输出对应于物位的模拟或数字信号,送至上位机显示,或者作为过程变量,参与物位的连续自动控制。

　　3·1·2　特点

　　从图3—1中可以看出,超声波是一种机械波,传播速度与介质(当介质不是空气时,直接对声速编程)有关,是介质温度与压力的函数。对于液位的精确测量,必须考虑对这些因素进行补偿。当环境温度剧烈变化时,探头必须内置温度传感器。由于超声波的产生是基于元件的压电效应,目前压力补偿还无法做到。所以超声波检测技术不适合用在高温高压的条件下。目前其最高工作温度可达150℃,压力不超过3bar。

　　超声波频率范围一般在10~100kHz之间。只有当压电晶体停振后,才能用于反射波的接收。考虑压电晶体的停振时间以及按声波周期所对应的发射时间有一个测量盲区,盲区决定了在探头表面和容器内最高物位的最小距离。一般情况下,测量范围越大,波束的发射角越小,声波频率越低,波长(λ=V/F)越长,机械波衰减越小,所对应的盲区越大。低余振可以使盲区降到最小。