如何實(shí)現(xiàn)較佳料倉水平測量與化學(xué)過程中的液體水平測量

能夠準(zhǔn)確評估整個(gè)工業(yè)和化學(xué)過程中的液體水平是實(shí)現(xiàn)高效自動化控制的關(guān)鍵。

近年來，工業(yè)和化學(xué)過程中液體的測量已經(jīng)發(fā)生了顯著變化。越來越復(fù)雜的處理系統(tǒng)和嚴(yán)格的環(huán)境法規(guī)的引入要求高精度和可靠的性能。制造商通過使用現(xiàn)代技術(shù)開發(fā)替代測量方法做出了回應(yīng)。
過程工程師面臨著多種選擇，從點(diǎn)水平測量傳感器到連續(xù)水平變送器，使用從差壓到超聲波和雷達(dá)的各種技術(shù)測量范圍。
有這么多選擇和投資成本范圍，您如何選擇？
沒有完美的技術(shù)。通常，幾種方法可能適合于應(yīng)用。在選擇較合適的解決方案時(shí)，需要根據(jù)操作參數(shù)權(quán)衡每個(gè)解決方案的優(yōu)點(diǎn)和局限性。在化學(xué)工業(yè)中，測量設(shè)備還必須在惡劣且通常危險(xiǎn)的條件下提供一致的性能。
為了在您的筒倉水平指示上獲得較佳性能，您首先需要了解您的產(chǎn)品，其行為以及所處理的設(shè)備。
您正在測量的產(chǎn)品
- 了解您的產(chǎn)品行為，交付時(shí)間和存儲時(shí)間。在灌裝過程中它是否通氣，它是如何流動和處理的？
- 它的特點(diǎn)是粘性，侵蝕性還是磨蝕性？
- 它是否存放在溫度下，它是否會釋放出高濃度的濕氣？
- 產(chǎn)品表面的表現(xiàn)如何？（休止角）
- 較后，預(yù)計(jì)會有很多粉塵嗎？如果您不確定，也許可以與流程操作員或供應(yīng)商討論一些見解。
筒倉
- 筒倉是如何填滿的？
- 填充時(shí)的表面輪廓是什么？
- 它是否會散發(fā)掉灰塵？
筒倉的內(nèi)部幾何形狀/形狀：直徑與高度的關(guān)系，即從高到直的寬度可能需要使用表面映射進(jìn)行多點(diǎn)測量，而高和窄對于一個(gè)傳感器來說是完美的。
尺寸圖非常有用。什么是產(chǎn)品出類似的？它是一個(gè)核心流量，或質(zhì)量流量（谷歌它�。┡欧牛�或者如果它是一個(gè)平底，是通過螺旋進(jìn)料或移動地板清空的材料，它在排空時(shí)如何影響表面輪廓？這可能會影響您可以測量的距離或材料留下的數(shù)量，即使沒有任何結(jié)果。
測量目標(biāo)？
準(zhǔn)確性？體積的測量或轉(zhuǎn)換為重量？ - 堆積密度是否因產(chǎn)品來源，材料變化或填充過程中的曝氣，您需要填充的容器有多高，溢出的可能性以及對安全和環(huán)境的影響有何影響？
您是否需要為體積測量提供額外的點(diǎn)水平保護(hù)？不同的產(chǎn)品密度甚至可以欺騙稱重系統(tǒng)，使筒倉容量錯誤！您想和誰分享信息？從指標(biāo)到互聯(lián)網(wǎng)，這里有許多不同的可能性。
 

技術(shù)和傳感器定位
如果您能夠獲得上述大多數(shù)問題的答案，將有助于縮小技術(shù)或設(shè)備的范圍。您可以使用技術(shù)查找器和配置工具之類的東西來指定所需的設(shè)備。但是你不必自己做這件事。更好地為信譽(yù)良好的傳感器制造商提供多級技術(shù)。
讓他們檢查您的信息，建議設(shè)備，位置和準(zhǔn)確性的想法，以確保它符合您的目標(biāo)。選項(xiàng)可能會隨著進(jìn)入料倉安裝或填充點(diǎn)的位置而變化。
取得適當(dāng)?shù)钠胶?br /> 雖然目的適用性至關(guān)重要，但必須與成本（特別是有多個(gè)測量點(diǎn)的地方）進(jìn)行平衡，與潛在的運(yùn)營收益相關(guān)。
模擬變送器繼續(xù)提供適用于各種應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)有效的解決方案�，F(xiàn)在，即將上市的較新車型將提供更高的運(yùn)營自由度。
取得適當(dāng)?shù)钠胶?br /> 雖然目的適用性至關(guān)重要，但必須與成本（特別是有多個(gè)測量點(diǎn)的地方）進(jìn)行平衡，與潛在的運(yùn)營收益相關(guān)。
模擬變送器繼續(xù)提供適用于各種應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)有效的解決方案�，F(xiàn)在，即將上市的較新車型將提供更高的運(yùn)營自由度。
維護(hù)和清潔也是可能發(fā)生液體積聚的重要考慮因素，因此請確保變送器的設(shè)計(jì)便于安裝和拆卸，以便進(jìn)行日常清潔。
面對日益復(fù)雜的測量解決方案，模擬變送器確保其位置，以經(jīng)濟(jì)的價(jià)格確保更高的產(chǎn)品質(zhì)量，更高的安全性和更少的浪費(fèi)，現(xiàn)在具有可編程性的額外好處

在散裝固體材料中正確定位液位測量傳感器
在散裝固體材料進(jìn)出儲存筒倉的過程中，自由流動材料表面的形狀發(fā)生變化。安裝在筒倉頂部雷達(dá)液位計(jì)的正確位置將使產(chǎn)品內(nèi)容測量具有更高的準(zhǔn)確性和可靠性。以下是指大型圓形筒倉，通常不能輕易裝配稱重傳感器。
通常，傳感器安裝在筒倉頂部并測量距離材料表面的距離。然后可以將該測量距離轉(zhuǎn)換為材料體積。用于此目的的技術(shù)包括雷達(dá)液位計(jì)，超聲波和TDR（時(shí)域反射計(jì)）。

圖1（a）示出了高度為L且基部半徑為R的錐形材料堆。這種錐體的體積（V 1）由V1 = 1 /3πR^ 2L給出
圖1（b）示出了具有相同基部半徑R和高度H的圓柱形狀。圓柱體積（V 2）
der由V2 =πR^ 2H給出
如果圓柱體的體積與圓錐體相同（V1 = V2），其高度H將為1/3×L。
在圖1（a）中，圓點(diǎn)上的點(diǎn)錐體的上表面在H的高度或1/3 L處，在基部上方的半徑為2/3 R.因此，如果在2/3的半徑處測量錐形材料堆的高度R，可以通過將該高度乘以基礎(chǔ)面積來找到體積。無論材料的休止角如何，這都將給??出正確的體積。
現(xiàn)在考慮圖1（c）所示的錐形凹陷。該形狀的材料的體積V3由V3 = 2 /3πR^ 2L給出
類似地，圖1（d）中所示的圓柱體的高度H為2/3 L.圖1（c）的凹陷的上表面上具有該高度的點(diǎn)的半徑為2 /因此，如果在半徑為2/3 R處測量錐形凹陷的高度，則可以通過將該高度乘以基礎(chǔ)面積來找到材料的體積。獨(dú)立于休止角給出正確的體積。
對于錐形或圓錐形凹陷，通過測量距離其中心的筒倉半徑的2/3的任何點(diǎn)處的高度，可以找到正確的體積。這是安裝液位傳感器的理想位置，當(dāng)填充期間表面是完美的錐形樁或在清空期間完美的錐形凹陷時(shí)是準(zhǔn)確的。
但是，在過渡階段仍然會出現(xiàn)錯誤，當(dāng)填充后清空時(shí)，反之亦然。如果探頭位于中心位置，則會導(dǎo)致嚴(yán)重錯誤。然而，通過將換能器定位在筒倉半徑的2/3處，在從填充到排空再到填充的轉(zhuǎn)換期間的誤差通常不大于較大含量的3.0％。

聲學(xué)相控陣技術(shù)
測量筒倉中固體的水平和體積是復(fù)雜且具有挑戰(zhàn)性的。固體表面不均勻且不斷移動，其各種峰和谷之間的水平差異可能很大。特別是在較大的筒倉中，單點(diǎn)水平測量的價(jià)值遠(yuǎn)低于對較大水平，較小水平和總體積的理解。
固體物位測量的傳統(tǒng)機(jī)械方法具有有限的精度，可靠性和測量的可重復(fù)性。此外，它們可以通過手動執(zhí)行測量或執(zhí)行定期維護(hù)來使工人暴露在危險(xiǎn)條件下。因此，許多現(xiàn)代設(shè)施采用連續(xù)自動測量技術(shù)。
聲學(xué)相控陣天線是較廣泛應(yīng)用的自動化技術(shù)之一�；�于聲學(xué)相控陣技術(shù)的三維實(shí)體掃描儀具有三個(gè)天線，可產(chǎn)生聲音或聲音信號的混合，并從筒倉內(nèi)容接收多個(gè)回波信號。
這些回波信號的數(shù)字分析產(chǎn)生多個(gè)測量點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)精確的連續(xù)水平和體積測量。將接收的數(shù)據(jù)與已知的筒倉尺寸相匹配允許這些掃描儀計(jì)算幾乎任何類型的存儲內(nèi)容的體積，包括難以測量的飛灰和具有低電介質(zhì)的材料，這將挑戰(zhàn)其他技術(shù)。
在非常大或不規(guī)則形狀的筒倉中，可以使用多個(gè)3D掃描儀來提供必要的控制水平。通過合并它們各自的測量值，用戶可以獲得組合的墻到墻表面圖。
這些聲學(xué)設(shè)備的較新增強(qiáng)功能是分析功能，通過持續(xù)分析產(chǎn)品流和運(yùn)動來支持改進(jìn)的安全和庫存管理，從而滿足其他市場需求。
 

例如，具有3D掃描功能的新設(shè)備通過將大型筒倉分成多達(dá)99個(gè)單獨(dú)監(jiān)控的部分來幫助優(yōu)化填充和清空過程。
為每個(gè)部分提供平均，較小和較大水平讀數(shù)，以便更好地了解材料流動和運(yùn)動，然后可以切換填充點(diǎn)以確保材料在整個(gè)表面區(qū)域均勻分布。這消除了對材料分布的人工調(diào)查的需要，從而提高了工人的安全性。
重心（COG）是儲存固體應(yīng)用中的另一個(gè)重要考慮因素。當(dāng)大部分材料位于筒倉的COG外部時(shí)，會產(chǎn)生應(yīng)力，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)傾斜甚至坍塌。

激光水平和體積測量
激光水平測量提供了一種簡單的方法來獲得精確，可靠的料倉水平測量。
為什么激光水平測量？
由于其使用簡單，轉(zhuǎn)化為低成本的操作。激光束在空間中移動時(shí)幾乎沒有發(fā)散，這意味著它們即使在遠(yuǎn)距離也能保持緊密聚焦。
由于激光束不與周圍環(huán)境相互作用，因此不需要消除虛假回波：僅檢測液體或固體表面。因此調(diào)試更簡單。此外，環(huán)境的變化不需要改變傳感器參數(shù)。
例如，船舶側(cè)面的材料積累將隨時(shí)間而改變，需要重新映射虛假回波。如果移動傳感器，也會發(fā)生同樣的情況。激光水平測量永遠(yuǎn)不需要這樣做。因此，它在使用過程中可以提高可靠性和使用時(shí)間。
激光束也從表面反射回來與超聲波或雷達(dá)波非常不同，這在幾種應(yīng)用中是有利的。與液位計(jì)相比，激光傳感器可以輕松檢測塑料，聚合物和低密度材料。此外，對用激光測量固體的入射角沒有限制，這簡化了安裝。
由于非常狹窄，激光束還可以用于狹小的空間和難以應(yīng)用的應(yīng)用，例如通過管道和閥門，網(wǎng)格測量，以及在攪拌器和攪拌器的存在下，激光束可以在攪拌器的邊緣之間發(fā)送，船只方面無干擾地測量。
激光水平測量用于許多類型的筒倉水平測量應(yīng)用。例如，在農(nóng)業(yè)方面，它在許多類型的谷物如玉米或小麥上表現(xiàn)良好。對于木材產(chǎn)品，在存在壁積聚的情況下進(jìn)行測量的能力大大降低了維護(hù)成本，因?yàn)闇y量對積累不敏感。
對于廣泛用于制造塑料物體的塑料顆粒，激光水平儀提供了一種簡單的解決方案，因?yàn)樗�可以測量難以用于液位計(jì)的塑料。激光器還用于幾種聚合材料料倉級應(yīng)用。
總之，激光會改變你看到水平測量的方式。它將簡化操作并允許在迄今為止無法進(jìn)行非接觸的應(yīng)用中進(jìn)行非接觸式測量。通過將新技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)級測量，激光水平使測量變得容易。

無線傳感器控制系統(tǒng)
無線資產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)，無需布線傳感器，可能會發(fā)生雷擊，沿著電線傳播并破壞與其相連的設(shè)備，以及在定期維護(hù)任務(wù)中造成的損壞。
無線電節(jié)點(diǎn)與安裝在筒倉中的水平傳感器無線連接，以提取數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接米髦醒胩幚砑�線器的網(wǎng)關(guān)。請參見圖1.連接到網(wǎng)關(guān)的以太網(wǎng)接口模塊將信息綁定到局域網(wǎng)（LAN，有線或Wifi）以進(jìn)行本地訪問或蜂窩調(diào)制解調(diào)器，例如，農(nóng)民可以在筆記本電腦和智能手機(jī)上實(shí)時(shí)訪問庫存水平。
 

圖1.連接農(nóng)場 - 從任何地方獲取有關(guān)農(nóng)業(yè)經(jīng)營的信息

不受與布線相關(guān)的接地故障的影響，無線遙測系統(tǒng)不易受雷擊損壞，因?yàn)橹挥忻�中傳感器可能會損壞，而不是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。
無線遙感系統(tǒng)還允許在筒倉的任何高度和位置安裝水平傳感器。在網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)上操作，傳感器控制系統(tǒng)可以部署在大面積上，以繞過可能阻礙其他網(wǎng)絡(luò)的無線電傳輸?shù)纳角�，建筑物和其他結(jié)構(gòu)。
強(qiáng)大的網(wǎng)關(guān)可以容納來自現(xiàn)場傳感器的數(shù)百個(gè)收發(fā)器輸入，使網(wǎng)絡(luò)能夠覆蓋10,000英畝的大型農(nóng)場的地理范圍，大約相當(dāng)于15平方英里。
通過自動化筒倉監(jiān)控活動，農(nóng)場主知道何時(shí)需要切換到另一個(gè)筒倉或重新填充庫存。結(jié)果，農(nóng)民提高了生產(chǎn)效率。

筒倉測量的流動特性
如前所述，筒倉水平的測量可能由于表面輪廓根據(jù)填充和排空模式而顯著變化而存在困難。這些將取決于筒倉及其排放設(shè)施采用的設(shè)計(jì)，流動模式產(chǎn)生漏斗流量，膨脹流量或質(zhì)量流量。
流動模式的選擇通�；�于存儲的散裝材料的特性; 選擇“質(zhì)量流量”是為了避免產(chǎn)品流動前景或質(zhì)量隨時(shí)間惡化的無限停留時(shí)間，“膨脹流量”用于不受長期停留影響的不良流動材料和“漏斗流量”用于惰性，相對容易的流動材料或具有某種形式輔助排放的筒倉。
“漏斗流”優(yōu)先從出口處的區(qū)域提取，具有排水休止的表面傾斜度。與單點(diǎn)出口相結(jié)合，當(dāng)筒倉卸料時(shí)，這會在表面輪廓中產(chǎn)生錐形凹陷。相反，單點(diǎn)入口點(diǎn)在填充過程中形成上升錐。
“膨脹流”模式將在排放期間在該錐體內(nèi)形成中心平臺，其尺寸取決于料斗部分中的過渡直徑。疊加在這種模式上，單點(diǎn)填充將產(chǎn)生一個(gè)生長堆，其特征在于產(chǎn)品的傾倒休止角。
通過漸進(jìn)式抽出螺旋進(jìn)料器進(jìn)行的排放將使流動通道擴(kuò)散并將排空差異減小到2D情況，但使再填充位置復(fù)雜化。
因此，在漏斗流中的圓形筒倉上的側(cè)面安裝的水平探針不能在+πD3.Tanθ/ 8和-πD3.Tanα/ 8的精度內(nèi)指示真實(shí)的體積容量，其中D =筒倉直徑，θ=傾倒的休止角和α=休止的休止角。
將θ和α大致為300，在料倉3 M直徑上，這相當(dāng)于約πD3/4√3或12 M3的體積，其中填充和排出條件將在水平上沒有變化。圖。1。
 

可以認(rèn)為將探針重新定位到筒倉的中間半徑將補(bǔ)償這種自由基輪廓形狀，因此它將會，但僅當(dāng)它被放置在筒倉入口附近時(shí)。不幸的是，無論探頭放在筒倉的哪一側(cè)，這種差異都不會消除，如圖2所示。
 

 單點(diǎn)表面水平探測器可以放置在徑向位置，其中傾倒或排水的休止斜率將指示相似的內(nèi)容，但是如果填充順序，內(nèi)部和外部體積變化可以累積，而不是補(bǔ)償差異。并清空表面輪廓在此水平附近重疊。如圖3所示。
 

總之，先進(jìn)的雷達(dá)液位計(jì)掃描可以適應(yīng)表面輪廓的變化，并且筒倉的稱重可以提供準(zhǔn)確的內(nèi)容值，但質(zhì)量流量對于通過水平探測器指示準(zhǔn)確的音量指示是必不可少的，即使這樣，低水平指示也僅適用于足夠高的位置臀部水平以抵消在會聚流動通道中不可避免地產(chǎn)生的速度差。
質(zhì)量流量在密度一致性，流動可靠性和反向隔離方面具有許多其他益處，代價(jià)是額外的凈空高度以及可能在出口附近的墻壁上長期磨損。