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    2. 智能超聲波水泥料位儀

      2001-07-24 00:00
      水泥廠和混凝土攪拌站的倉(cāng)內(nèi)料位是生產(chǎn)過(guò)程控制的重要參數(shù)之一,水泥行業(yè)應(yīng)用較多的料位計(jì)有重錘式料位計(jì)、音叉式料位計(jì)、電容式料位計(jì)、超聲波料位計(jì)等。重錘式料位計(jì)屬接觸式計(jì)量方式,但重錘及其鏈帶易被水泥或生料粉粘裹,且受粉料沖刷,從而造成斷帶、掉錘頭等故障,影響下道工序的安全生產(chǎn)。工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)的各種儲(chǔ)罐、料倉(cāng)檢測(cè)中常用的超聲波液位計(jì)、料位計(jì),在常壓、被測(cè)物料對(duì)超聲波吸收較小,工作環(huán)境溫度不太高的工況條件下應(yīng)用的不少,但是,能在儲(chǔ)罐、料倉(cāng)內(nèi)有壓力、被測(cè)物料對(duì)超聲波具有強(qiáng)吸收、高衰減(如水泥等)的工況條件下工作的超聲波料位儀尚未見到成功應(yīng)用的報(bào)道。因此,研制能對(duì)水泥物料進(jìn)行測(cè)量的安全、準(zhǔn)確、大量程超聲波物位儀表已成為急需。上海同濟(jì)大學(xué)聲學(xué)研究所針對(duì)這一狀況,成功地研制了一種在水泥儲(chǔ)倉(cāng)或庫(kù)內(nèi)即使有5×10帕壓力、溫度70℃以上、彌漫霧狀工況條件下也能有效工作的超聲波水泥料位儀,該儀器量程為42米(剛性面,量程可達(dá)到130米),盲區(qū)1.5米,測(cè)量精度可達(dá)全量程的±0.5%。

      工 作 原 理

      超聲波測(cè)量物位是利用聲納原理來(lái)確定物料在容器內(nèi)的位置,是一種在空氣中的聲納定位設(shè)備。它的工作原理可簡(jiǎn)述為:超聲波換能器發(fā)出的超聲脈沖,通過(guò)空氣傳到物料的界面,經(jīng)界面反射回到發(fā)射換能器并被其接收。只要測(cè)出超聲脈沖從發(fā)射到接收所用的時(shí)間,再根據(jù)空氣中的聲速,就可計(jì)算出換能器到物料面的距離,從而確定物位。

      儀 器 的 設(shè) 計(jì)

      此前的超聲波料位儀未能有效地測(cè)量水泥料位的原因在于:(1)水泥物料對(duì)超聲波有很強(qiáng)的聲吸收;(2)水泥物料在儲(chǔ)存的運(yùn)送過(guò)程中無(wú)論是采用氣流輸送或是提升機(jī)輸送,都會(huì)使水泥在庫(kù)、倉(cāng)中的堆積密度隨時(shí)間而變化;(3)水泥從庫(kù)、倉(cāng)頂部送入,使庫(kù)、倉(cāng)內(nèi)呈現(xiàn)彌漫氣霧狀。此外有時(shí)入庫(kù)、倉(cāng)時(shí)水泥溫度很高,這也是測(cè)量水泥料位的一大障礙。

      根據(jù)以上綜合分析,上海同濟(jì)大學(xué)聲學(xué)研究所設(shè)計(jì)了超聲波料位儀。在軟件的支持下,通過(guò)鍵盤可進(jìn)行人機(jī)對(duì)話,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工況條件,進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。由于各現(xiàn)場(chǎng)工況條件差異甚大,特意設(shè)計(jì)了一種鑒別真?zhèn)涡盘?hào)的電路。另外,軟件中也增設(shè)了判別信號(hào)真?zhèn)蔚墓δ?,進(jìn)一步保證了測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

      換 能 器

      超聲換能器是料位儀的關(guān)鍵部件,它擔(dān)負(fù)著超聲波的發(fā)射和接收的任務(wù)。

      為了獲得高的發(fā)射效率和接收靈敏度以及能長(zhǎng)期連續(xù)有效地進(jìn)行檢測(cè),而其表面不聚集水泥物料,我們選用了縱向——圓盤彎曲復(fù)合振動(dòng)模式的換能器。并在換能器輻射表面采用了特制的耐高溫低聲速材料,使其既能提高發(fā)射效率,又能耐高溫。另外還要考慮水泥料面對(duì)聲波的反射強(qiáng)度、聲波路徑傳播損失、接收指向性、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境噪音以及筒、庫(kù)內(nèi)的物料狀態(tài);也不能忽視筒、庫(kù)內(nèi)有壓力,物料面反射強(qiáng)度極弱時(shí)的狀況。經(jīng)過(guò)近兩年的使用考驗(yàn),它能連續(xù)、有效地進(jìn)行檢測(cè),其表面不會(huì)聚集水泥物料,達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

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