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超聲波液位計在氧化鋁生產中的應用分析

來源:上海自動化儀表有限公司   2012年05月14日 11:28  

  
  1提出問題
  在氧化鋁生產過程中,為了準確計算和控制物料平衡,防止空槽和冒槽事故的發生,提高產量,節能降耗,有許多高大的液態物料貯槽需要進行液位測量,如料漿槽、原液槽、赤泥貯槽、沉降槽、種分槽等等。這些液位測量的場合,一般都具有介質溫度高、易結疤、量程大,且環境粉塵較大的共同特點,給液位測量帶來很大困難,以前的許多種液位測量儀表在這些場合都不能長期穩定工作。本文就這一問題,做簡略的分析探討。
  2各類液位測量儀表性能比較
  首先,要對各類液位測量儀表的性能做一下比較分析,看究竟哪一種zui為適合氧化鋁生產過程中的液態物料特點。液位測量儀表品種繁多,但可以分為兩大類,即接觸式和非接觸式兩種。象電容式、浮球式、浮子式、壓力式等均屬接觸式液位測量儀表,它們在進行液位測量的過程中,檢測傳感元件和被測介質直接接觸,如果在氧化鋁生產中應用,檢測傳感元件上很快就會結上一層厚厚的“疤”,從而使得儀表不能正常工作。
  至于非接觸式液位測量儀表,主要有放射性同位素式和超聲波式兩種。對于放射性同位素式液位計,由于它的量程較小,因此不能解決氧化鋁生產中高大液態物料貯槽液位測量的“大量程”問題。而超聲波液位計,它不僅量程范圍廣,可用于大量程測量的場合,而且做到了非接觸測量,不受介質“結疤”的影響。因此,相對而言,它是氧化鋁生產中*比較合適的一種液位測量儀表,但是,超聲波液位計的應用要受到介質溫度、環境溫度、被測液面波動程度和其它諸多外界環境因素的制約。這些制約因素會嚴重影響超聲波液位計的測量準確度。如果不能準確分析這些制約因素對超聲波液位計的影響程度,就不能正確使用超聲波液位計。為此,需要對它的基本工作原理有所了解,然后再做進一步分析。
  3超聲波液位計原理簡述
  連續測量指示式超聲波液位計,按其檢測方式的不同可以分為四類,即:液介導聲式、氣介導聲式、聲波導管式和固介導聲式。其中以氣介導聲式超聲波液位計在氧化鋁生產中應用較為合適,下面以此為例介紹超聲波液位計的基本工作原理。
  根據聲學原理,當聲波從一種介質向另一種介質傳播時,在兩種密度不同,聲速不同的介質分界面上,傳播方向會發生改變,即:一部分被反射(反射角=入射角),另一部分折射入相鄰介質內,假設兩種介質的密度分別為D1和D2,聲波在兩種介質中的傳播速度分別為V1和V2,反射波的聲強為IK,人射波聲強為IE,則存在如下關系:
  式中α為入射角,β為反射角,D1和D2分別為兩種介質的聲阻抗。
  

當聲波垂直入射時(α=β=0),其反射率為:

當聲從氣體傳播到液體或固體或相反的情況下,由于兩種介質的密度相差懸殊,則D1V1與D2V2之值相差甚遠,故R近似等于1,即反射率接近,聲波幾乎全部被反射。

 
    利用超聲波這一特性在被測介質的上方安裝一個*(該換能器具有發射和接收超聲波的功能),換能器向被測介面發射促短的超聲波時,經過時間T,換能器便可以接收到從介面反射回來的超聲波。這個時間T,可以由超聲波控制器中的單片計算機計算得出。設換能器到介面的距離為H,聲波在介面上方氣體中的傳播速度為V,則可求出液位高度H=0.5VT。(見圖1)

4 選型分析
 
    從超聲波液位計的工作原理上,可以看出,它具有以下優點:
 
1.檢測元件可以做到不與被測介質接觸,適用于結疤、腐蝕性和毒性等介質的測量。
 
2.量程范圍廣,可用于大量程測量場合。
 
3.儀表無可動部件,使用壽命長。但也存在以下缺點:
 
1.檢測元件本身不能承受高溫,其應用會受環境溫度的制約。
 
2.在被測介質上方存在溫度、壓力變化及蒸汽的情況下,由于聲速會受其影響,故測量精度會受到一定程度的影響。
 
3.超聲波的波強會受溫度、蒸氣、液面波動的影響而衰減,衰減值的大小直接影響測量范圍的大小,衰減特別嚴重時會導致測量無法進行。

綜上所述,影響超聲波液位計測量準確度的因素,主要有被測介質上方空氣的溫度及壓力變化,以及被測介質的環境溫度,介質上方的蒸汽量,液面波動程度等。其中溫度變化引起的測量誤差,可以通過儀表本身的溫度補償裝置給予校正;而壓力變化的情況在氧化鋁生產中并不常見,故在此不予考慮。

 
    實際上,影響超聲波液位計的至關重要的因素就是:環境溫度、蒸汽量和液面波動程度。從超聲波液位計的工作原理可以看出,這三種因素之所以對超聲波液位計正常工作產生影響,是因為它們能使波強衰減。隨著波強衰減值的增大,超聲波液位計的測量精度降低,甚至于根本無法使用;但是,波強衰減值在一定范圍之內時,超聲波液位計就能在規定的精度下正常工作。那么,波強衰減值在什么范圍之內超聲波液位計才能正常工作呢?關于這一點,可以利用上面的“圖1”和“表1”來解決。現舉一例說明,對某一被測介質,已知介質的環境溫度為“10℃”、蒸汽量為“少量”、液面波動“厲害”,從表1中查得各影響因素對應的波強衰減值分別為:10dB、10dB、20dB,合計40dB。然后在波強衰減值與量程的對應關系曲線圖1中查 得:40dB的衰減量對應的量程為25M。那么,選量程為30M的超聲波液位計,就可以保證測量的準確度在規定的范圍內。
 
    另外,傳感器的安裝方式和環境含塵量等因素,也對超聲波液位計的測量準確度產生影響,在此不逐一詳述。
 
5 結束語
 
    近幾年,隨著科學技術的不斷發展,超聲波液位計應運而生,并已在許多行業得到了普遍應用。階國內幾個專業廠家生產超聲波液位計外,還有習外進口產品。二者比較,國外產品從質量,性能和功能上均優于國內同類產品,但價格較國內超聲波液位計偏高。選型時,應根據具體情況從性能價格比等方面來確

主營產品:側裝液位計,頂裝液位計,磁性液位計,磁翻液位計

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