如何實(shí)現(xiàn)較佳料倉(cāng)水平測(cè)量與化學(xué)過(guò)程中的液體水平測(cè)量

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

近年來(lái)，工業(yè)和化學(xué)過(guò)程中液體的測(cè)量已經(jīng)發(fā)生了顯著變化。越來(lái)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(guò)使用現(xiàn)代技術(shù)開(kāi)發(fā)替代測(cè)量方法做出了回應(yīng)。
過(guò)程工程師面臨著多種選擇，從點(diǎn)水平測(cè)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(cè)量范圍。
有這么多選擇和投資成本范圍，您如何選擇？
沒(méi)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(cè)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(cāng)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(cè)量的產(chǎn)品
- 了解您的產(chǎn)品行為，交付時(shí)間和存儲(chǔ)時(shí)間。在灌裝過(guò)程中它是否通氣，它是如何流動(dòng)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(huì)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(huì)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(jiàn)解。
筒倉(cāng)
- 筒倉(cāng)是如何填滿(mǎn)的？
- 填充時(shí)的表面輪廓是什么？
- 它是否會(huì)散發(fā)掉灰塵？
筒倉(cāng)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(cè)量，而高和窄對(duì)于一個(gè)傳感器來(lái)說(shuō)是完美的。
尺寸圖非常有用。什么是產(chǎn)品出類(lèi)似的？它是一個(gè)核心流量，或質(zhì)量流量（谷歌它�。┡欧�，或者如果它是一個(gè)平底，是通過(guò)螺旋進(jìn)料或移動(dòng)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(huì)影響您可以測(cè)量的距離或材料留下的數(shù)量，即使沒(méi)有任何結(jié)果。
測(cè)量目標(biāo)？
準(zhǔn)確性？體積的測(cè)量或轉(zhuǎn)換為重量？ - 堆積密度是否因產(chǎn)品來(lái)源，材料變化或填充過(guò)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(duì)安全和環(huán)境的影響有何影響？
您是否需要為體積測(cè)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(chēng)重系統(tǒng)，使筒倉(cāng)容量錯(cuò)誤！您想和誰(shuí)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(wèn)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(lèi)的東西來(lái)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(jí)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(huì)隨著進(jìn)入料倉(cāng)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(cè)量點(diǎn)的地方）進(jìn)行平衡，與潛在的運(yùn)營(yíng)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(chē)型將提供更高的運(yùn)營(yíng)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(cè)量點(diǎn)的地方）進(jìn)行平衡，與潛在的運(yùn)營(yíng)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(chē)型將提供更高的運(yùn)營(yíng)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(qǐng)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(duì)日益復(fù)雜的測(cè)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(cè)量傳感器
在散裝固體材料進(jìn)出儲(chǔ)存筒倉(cāng)的過(guò)程中，自由流動(dòng)材料表面的形狀發(fā)生變化。安裝在筒倉(cāng)頂部雷達(dá)液位計(jì)的正確位置將使產(chǎn)品內(nèi)容測(cè)量具有更高的準(zhǔn)確性和可靠性。以下是指大型圓形筒倉(cāng)，通常不能輕易裝配稱(chēng)重傳感器。
通常，傳感器安裝在筒倉(cāng)頂部并測(cè)量距離材料表面的距離。然后可以將該測(cè)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(zhǎng)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(cè)量錐形材料堆的高度R，可以通過(guò)將該高度乘以基礎(chǔ)面積來(lái)找到體積。無(wú)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(lèi)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(cè)量錐形凹陷的高度，則可以通過(guò)將該高度乘以基礎(chǔ)面積來(lái)找到材料的體積。獨(dú)立于休止角給出正確的體積。
對(duì)于錐形或圓錐形凹陷，通過(guò)測(cè)量距離其中心的筒倉(cāng)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(guò)渡階段仍然會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)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(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重錯(cuò)誤。然而，通過(guò)將換能器定位在筒倉(cāng)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(cè)量筒倉(cāng)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(dòng)，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(cāng)中，單點(diǎn)水平測(cè)量的價(jià)值遠(yuǎn)低于對(duì)較大水平，較小水平和總體積的理解。
固體物位測(cè)量的傳統(tǒng)機(jī)械方法具有有限的精度，可靠性和測(cè)量的可重復(fù)性。此外，它們可以通過(guò)手動(dòng)執(zhí)行測(cè)量或執(zhí)行定期維護(hù)來(lái)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(dòng)測(cè)量技術(shù)。
聲學(xué)相控陣天線是較廣泛應(yīng)用的自動(dòng)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(hào)的混合，并從筒倉(cāng)內(nèi)容接收多個(gè)回波信號(hào)。
這些回波信號(hào)的數(shù)字分析產(chǎn)生多個(gè)測(cè)量點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)精確的連續(xù)水平和體積測(cè)量。將接收的數(shù)據(jù)與已知的筒倉(cāng)尺寸相匹配允許這些掃描儀計(jì)算幾乎任何類(lèi)型的存儲(chǔ)內(nèi)容的體積，包括難以測(cè)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(cāng)中，可以使用多個(gè)3D掃描儀來(lái)提供必要的控制水平。通過(guò)合并它們各自的測(cè)量值，用戶(hù)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(guò)持續(xù)分析產(chǎn)品流和運(yùn)動(dòng)來(lái)支持改進(jìn)的安全和庫(kù)存管理，從而滿(mǎn)足其他市場(chǎng)需求。
 

例如，具有3D掃描功能的新設(shè)備通過(guò)將大型筒倉(cāng)分成多達(dá)99個(gè)單獨(dú)監(jiān)控的部分來(lái)幫助優(yōu)化填充和清空過(guò)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(dòng)和運(yùn)動(dòng)，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(duì)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(chǔ)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(cāng)的COG外部時(shí)，會(huì)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(cè)量
激光水平測(cè)量提供了一種簡(jiǎn)單的方法來(lái)獲得精確，可靠的料倉(cāng)水平測(cè)量。
為什么激光水平測(cè)量？
由于其使用簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)化為低成本的操作。激光束在空間中移動(dòng)時(shí)幾乎沒(méi)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?chē)�環(huán)境相互作用，因此不需要消除虛假回波：僅檢測(cè)液體或固體表面。因此調(diào)試更簡(jiǎn)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(dòng)傳感器，也會(huì)發(fā)生同樣的情況。激光水平測(cè)量永遠(yuǎn)不需要這樣做。因此，它在使用過(guò)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(lái)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(cè)塑料，聚合物和低密度材料。此外，對(duì)用激光測(cè)量固體的入射角沒(méi)有限制，這簡(jiǎn)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(guò)管道和閥門(mén)，網(wǎng)格測(cè)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(wú)干擾地測(cè)量。
激光水平測(cè)量用于許多類(lèi)型的筒倉(cāng)水平測(cè)量應(yīng)用。例如，在農(nóng)業(yè)方面，它在許多類(lèi)型的谷物如玉米或小麥上表現(xiàn)良好。對(duì)于木材產(chǎn)品，在存在壁積聚的情況下進(jìn)行測(cè)量的能力大大降低了維護(hù)成本，因?yàn)闇y(cè)量對(duì)積累不敏感。
對(duì)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(jiǎn)單的解決方案，因?yàn)樗�可以測(cè)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(cāng)級(jí)應(yīng)用。
總之，激光會(huì)改變你看到水平測(cè)量的方式。它將簡(jiǎn)化操作并允許在迄今為止無(wú)法進(jìn)行非接觸的應(yīng)用中進(jìn)行非接觸式測(cè)量。通過(guò)將新技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)級(jí)測(cè)量，激光水平使測(cè)量變得容易。

無(wú)線傳感器控制系統(tǒng)
無(wú)線資產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)，無(wú)需布線傳感器，可能會(huì)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(wú)線電節(jié)點(diǎn)與安裝在筒倉(cāng)中的水平傳感器無(wú)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(qǐng)參見(jiàn)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(wèn)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(wèn)庫(kù)存水平。
 

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

不受與布線相關(guān)的接地故障的影響，無(wú)線遙測(cè)系統(tǒng)不易受雷擊損壞，因?yàn)橹挥忻�中傳感器可能�?huì)損壞，而不是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。
無(wú)線遙感系統(tǒng)還允許在筒倉(cāng)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(guò)可能阻礙其他網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線電傳輸?shù)纳角穑�建筑物和其他結(jié)構(gòu)。
強(qiáng)大的網(wǎng)關(guān)可以容納來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)的地理范圍，大約相當(dāng)于15平方英里。
通過(guò)自動(dòng)化筒倉(cāng)監(jiān)控活動(dòng)，農(nóng)場(chǎng)主知道何時(shí)需要切換到另一個(gè)筒倉(cāng)或重新填充庫(kù)存。結(jié)果，農(nóng)民提高了生產(chǎn)效率。

筒倉(cāng)測(cè)量的流動(dòng)特性
如前所述，筒倉(cāng)水平的測(cè)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(cāng)及其排放設(shè)施采用的設(shè)計(jì)，流動(dòng)模式產(chǎn)生漏斗流量，膨脹流量或質(zhì)量流量。
流動(dòng)模式的選擇通�；�于存儲(chǔ)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(dòng)前景或質(zhì)量隨時(shí)間惡化的無(wú)限停留時(shí)間，“膨脹流量”用于不受長(zhǎng)期停留影響的不良流動(dòng)材料和“漏斗流量”用于惰性，相對(duì)容易的流動(dòng)材料或具有某種形式輔助排放的筒倉(cāng)。
“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(cāng)卸料時(shí)，這會(huì)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(guò)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(tái)，其尺寸取決于料斗部分中的過(guò)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(zhǎng)堆，其特征在于產(chǎn)品的傾倒休止角。
通過(guò)漸進(jìn)式抽出螺旋進(jìn)料器進(jìn)行的排放將使流動(dòng)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(cāng)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(cāng)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(cāng)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(méi)有變化。圖。1。
 

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

 單點(diǎn)表面水平探測(cè)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(cāng)的稱(chēng)重可以提供準(zhǔn)確的內(nèi)容值，但質(zhì)量流量對(duì)于通過(guò)水平探測(cè)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(huì)聚流動(dòng)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(dòng)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(zhǎng)期磨損。