目前世界上物位測量方式比較多,包括:激光式、雷達式、超聲波式,重錘式、射頻導納式、電容式等。以上產品并不是完全針對物實測量而設計的,而且都是基于單點測量原理。在料位測量方面,因為物料的排放堆積及本身特性所呈現的不規則表面,對于單點式的測量方式并不是理想的條件,暴漏出諸多問題。所以精確的數據始終是一個懸而未決的難題。在實際使用中,效果自然就不會理想。對于用戶的物料存儲情況及成本控制帶來很大的麻煩。
一、目前的工況環境難題
如煤粉倉、石灰石粉倉、水泥倉和干灰倉等生產設備,無法直接了解倉內狀況。通過長期的現場考察與分析,影響料位正確測量的因素有以下幾點:
1、粉未狀粉倉內物料顆粒細小,進粉時在倉內呈彌漫狀態,細小粉塵飄揚,粉料堆密度小,有粉與無粉的區別趨于模糊,嚴重影響超聲波或其他電磁波法的測量,甚至導致失敗。
2、各種物料的成份、濕度等各不相同,導致其物理性質出現差異,尤其是位于不同高度位置的粉料堆密度相差很大,無法用一個統一的物理量去衡量,對連續測量造成很大影響。
3、倉內不規則的出粉、加粉、塌粉等現象,其產生的機械力,破壞性相當大,同時可以使倉內傳感器支架產生彎曲、打折,以至損壞設備。
4、倉壁內容易出現掛料現象,并且物料呈現凹凸不平的不規則表面。很容易出現冒頂現象,無法得出真實物位。由此可見,料位測量絕對是目前國際上一項難以克服的技術難題。
高濃度粉體倉和露天堆場的測量一直都是物位測量領域的極端市場!
物位儀表在選型時,常受到物料的物化性質和溫度、壓力、流量、設備安放等工況條件的影響。物位測量的現場工況千差萬別,很難設計出能滿足所有工況應用的物位儀表。
物位測量技術以非接觸式測量作為代表,在非接觸式物位測量儀表中,目前超聲波物位計和雷達物位計是兩大主流儀表。γ射線式檢測由于本身帶有輻射,在科技以人為本的社會里,已逐步淡出人們的視野。但”3D物位掃描儀“的加入將完全改變物位儀表市場分配的格局。這將是測控領域一次技術變革,將測控技術帶入3D時代!
二、目前的物位測量儀表
每類產品各有各自特點,只有充分了解物信儀表應用條件及物點,才能做到選型充分合理,經濟資源的才能得到有效利用。
1、超聲波物位計
傳感器發出的超聲波碰到被測介質被反射,反射回波的質量反映了和物位計應用效果?;夭ㄙ|量定義為最小回波幅度(在最惡劣條件下回波幅度)比最大噪聲幅度(虛假回波、多徑反射回波等的幅度 )?;夭ㄙ|量數值越大,物位計應用效果越好。
超聲波物位計工作頻率及測量性能:傳感器高頻(40-70KHz)工作時,傳感器尺寸大,盲區大,方向性不好,精度低,其優勢是聲波衰減快,傳播介質(空氣)波動時穿透性差,測距較小。傳感器低頻(10-20KHz)工作時,傳感器尺寸大,盲區大,方向性不好,精度低,其優勢是聲波衰減慢,傳播介質(空氣)波動時穿透性較好,測距稍遠。
超聲波的回波強度主要受以下兩個因素影響:
1、傳播介質越穩定越有利于傳播。
超聲波是機械波。機械波在傳播過程中會受到傳播介質穩定程度的影響。例如:有一池塘水,當風平浪靜時,往池塘中扔一石子就可看到水波紋,當大風使池塘水起波浪時,往池塘中扔很大的石頭都難看到水波紋。引起空氣波動因素很多,如:粉塵、氣浪、蒸汽、料流等都會引起空氣波動,降低回波質量, 影響測量效果。當粉塵,氣浪等現象嚴重時,建議用低頻超聲波物位計來測量。
2、被測介質表面越平整,聲阻抗越大(越硬)越有利于把射回波。
在固體測量時,被測表面都是不平的,有一定的安息角。在這種條件下的反射波是漫把射波。由于反射與波長有關,當反射面的線度可與波長相比時或更大時,才能發生反射。顯然,工作頻率越高,其波長越小,對于較小的物料,更易于發生漫反射。例如,頻率為10KHz的機械波在空氣中的波長是34mm,大多數情況下,物料的線度都不會有這么大。此外,低頻工作時,發射波的開角大,回波就會很寬。這時測得的數據也就不難了,有時會差幾百毫米甚至1米或更多。因此,測量顆粒較小的固體料位,建議使用高頻超聲波物位計。
綜上所述,考慮現場工況時,應特別注意兩個方面:換能器到被測介質間的空氣狀態和被測介質的表面狀態。
超聲波物位計的選擇:
1.換能器
生產商給出的最大量程一般是在實驗室條件下才能達到。實際應用時,選擇量程時,要留有余量。應確保測理距離為儀表最大量程0.3-0.5倍。最好有應用案例。
2.控制表
應選擇有回波顯示功能的控制表。由于物位測量工況的不確定性,物位計的工作性能僅用數字表示是不夠的?;夭@示是將換能器到被測介質之間全過程的回波顯示出來。盲區附近的波形狀況,真實回波、虛假回波以及雜噪聲的幅度 、寬度以及信噪比等有關測量性能的因素通過回波曲線的形式全面反反映出來,使用戶做到一目了然,心中有數。
一臺好的超聲波物位計應具備的性能:頻率高、發射波開角?。ǚ较蛐院茫?,換能器諧振好(盲區?。?,換能器要起振快,剎車快,諧振頻率準。全量程回波處理動態范圍大(100-120dB)回波圖形顯示。在多虛假回波的工況下,回波波形不斷變化時,物位計應能準確地捕獲真實回波。因此,物位計的回波處理軟件應具有良好的算法(是一種物位測量應用經驗積累的總和)。
小結:超聲波物位計目前市場價值:由于雷達技術的普及和發展以及雷達的技術特點,在物位測量中,超聲波物位計有被雷達物位計取代的趨勢。綜合性價比分析,在液位測量方面,超聲波物位計還有市場。