超聲波物位儀在真空處理料倉中的應用

介紹了E+H公司非接觸式單探頭超聲波物位檢測儀在攀鋼RH-MFB真空處理裝置鐵合金料倉中的應用，闡述了檢測儀的原理、功能特點(diǎn)及其安裝要求。實(shí)踐證明該檢測儀具有安裝簡(jiǎn)便、維護量少、故障率低、精度高(其分辨率在±5mm內)、標定簡(jiǎn)單、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，具有推廣價(jià)值。
　　
　　1 引言
　　
　　攀鋼RH-MFB真空處理裝置主要對鋼水去除氣體、夾雜、脫硫、脫碳，處理過(guò)程中需添加合金調整鋼水成分，故設有14個(gè)合金料倉。為了掌握料倉中合金料位的多少，及時(shí)控制合金添加速度，需要對合金料位進(jìn)行檢測。由于料倉被測介質(zhì)為粗糙的松散固體，在各種物位檢測儀表中，超聲波物位檢測儀具有非接觸、耐腐蝕、適合大儲罐的物料高度測量，而且可以對影響測量精度的因素進(jìn)行修正和按照用戶(hù)要求輸出各種標準信號，已經(jīng)廣泛應用于生產(chǎn)過(guò)程中，因此選用E+H公司的非接觸式單探頭超聲波物位檢測儀。
　　
　　2 超聲波檢測原理
　　
　　高功率的壓電陶瓷超聲波探頭發(fā)射聚焦成束的超聲波脈沖，穿過(guò)空氣到達被測介質(zhì)表面，該脈沖全部或部分被反射回探頭。探頭既是發(fā)射裝置，又是接收裝置，它將收到的反射波轉換成一個(gè)電信號。根據脈沖發(fā)出和收到的時(shí)間與探頭和介質(zhì)表面的距離成正比，距離D可由以下公式算出：
　　
　　D=C·t／2(2—1)
　　
　　C——音速；t——聲波傳送時(shí)間。
　　
　　設探頭到料倉低部的距離為乙，那么料倉高度H為：H=L-D=L-D=L-C·t／2，如圖2--1所示。B為盲區。
　　
　　由于溫度變化對聲速C有較大影響，所以必須通過(guò)溫度傳感器及其補償電路對其聲速進(jìn)行補償。補償可按下面公式進(jìn)行；C=331.45+0．61T，檢測系統每測量一次時(shí)間t，同時(shí)采用一次溫度廠(chǎng)值，然后根據上式計算出聲速C，帶入公式(2—1)計算出距離D。
　　
　　3 系統組成及功能特點(diǎn)
　　
　　超聲波檢測系統的組成：超聲波探頭DU41C，料位變送器FMU677，通訊器UV260Z。14個(gè)料倉設有14套超聲波檢測系統。變送器采用支架安裝，使用屏蔽電纜，輸出信號作為西門(mén)子PLCS5—155U的模擬輸入，繼電器接點(diǎn)信號與PLC的數字輸入模件連接，具有高低限報警功能，檢測結果顯示在操作站上。組成如圖2--1所示。
　　
　　3．1超聲波探頭
　　
　　探頭型號為DU41C，耐腐蝕，具有自動(dòng)回聲頻率控制，適用于連續的、非接觸的物位測量。工作溫度—20℃~+60℃，為補償因溫度變化而形成的誤差，在超聲波探頭中還裝有一個(gè)溫度探頭，進(jìn)行溫度變化校正。該探頭可測量20m深的液位，10m高的松散固體料位。工作頻率約29kHz，盲區約0．9m。
　　
　　3．2超聲波變送器
　　
　　變送器FMU677作為控制系統的過(guò)程變量，檢測料倉料位的高低。變送器向探頭供電，探頭回送測量值的模擬信號，變送器將這一信號轉化成料位指示，并送到模擬輸出端。
　　
　　變送器所有的功能，包括模擬輸出和繼電器轉換點(diǎn)等各種參數都可借助工作矩陣表組態(tài)輸入。矩陣中的每個(gè)值都用豎值(V)和橫值(H)坐標顯示，對測量點(diǎn)和系統標定必須調用工作矩陣，故障診斷信息也可在矩陣表查找，可借助通訊器UV260Z在變送器前盤(pán)輸入，操作簡(jiǎn)便。測量系統有6種工作方式，使其能適用于測量液體或松散固體。該系統被測介質(zhì)為粗糙的松散固體，故選用工作方式5。對于體積與料位不成比例的容器，手動(dòng)線(xiàn)性化可將料位測量轉化為容積測量。
　　
　　變送器的模擬輸出一路可轉換電流輸出0(或4)~20mA，另一路可轉換電壓輸出0(或2)~10V。內部的過(guò)濾器用于平滑模擬輸出波動(dòng)。如果變送器的自跟蹤線(xiàn)路發(fā)現一個(gè)故障或警報，電流和電壓輸出可采用特定值，此時(shí)繼電器隨模擬輸出的高低限動(dòng)作。變送器的兩個(gè)獨立繼電器，每個(gè)都有電壓隔離，根據測量值大小進(jìn)行觸點(diǎn)轉換。每個(gè)極限開(kāi)關(guān)都可采取最?。畲蠊收习踩绞?，極限開(kāi)關(guān)的滯后時(shí)間可自由選擇，這一點(diǎn)為料位恢復正常時(shí)繼電器斷開(kāi)的點(diǎn)。
　　
　　對于容器內部潛在的或間斷的回聲干擾，可采取固定目標抑制，防止虛假回聲；或包絡(luò )曲線(xiàn)統計，計算出所有包絡(luò )曲線(xiàn)的平均值，調整適當的參數抑制間斷干擾；如果在最大料位和盲區間有一固定件，增加盲區距離，可消除其產(chǎn)生的回聲。
　　
　　另外，變送器可監視從探頭到輸出的所有回路，并指示由報警繼電器發(fā)出的故障信號(報警燈亮，并傳送故障信號)。此外模擬方式可用于檢查系統是否運轉正常，利于工作人員及時(shí)準確排除故障。
　　
　　3．3安裝要求
　　
　　超聲波準確測量的一個(gè)要先決條件就是探頭的正確定位和安裝，以便使檢測儀正常使用，減少測量誤差。安裝時(shí)應注意以下幾點(diǎn)：
　　
　　1)安裝時(shí)應與介質(zhì)表面垂直，留有盲區，在容器溢出時(shí)介質(zhì)不會(huì )接觸探頭。
　　
　　2)測量料倉內固體料位肘，要考慮固體物料在界面上不是平整的。通常在進(jìn)料口的物料高于儲倉周邊，因此探頭應安裝在能測量出反應物料平均高度的位置上，不要將探頭安裝在料倉頂部中央。
　　
　　3)超聲波探頭有它的聲波指向角，在發(fā)射波束范圍內的任何物件，包括容器，儲罐的壁都會(huì )反射干擾回波，產(chǎn)生測量誤差，所以探頭安裝位置不宜距離器壁太近。實(shí)際應用中由于料倉低部呈圓錐形，物料出口漏斗中央附近也會(huì )反射聲波(即使料斗是空的)，故調整探頭角度，盡量遠離容器壁、擋板及物料入口。
　　
　　4 結語(yǔ)
　　
　　該超聲波物位檢測儀自投運以來(lái)運行正常(測量分辨率在±5mm內)，取得了較大的經(jīng)濟效益，值得推廣應用。其優(yōu)點(diǎn)主要體現在以下方面：
　　
　　由于超聲波物位儀無(wú)可動(dòng)部件，沒(méi)有機械磨損，安裝簡(jiǎn)便，便于實(shí)施；非接觸式測量、維護量少，減少了故障率；標定簡(jiǎn)單、精度高，安全可靠。
　　
　　該系統上、下限報警準確，保證了及時(shí)加、減物料；測量準確，顯示直觀(guān)，使操作人員能有效控制合金添加速度，提高了工作效率和準確性，為連鑄生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)合金鋼創(chuàng )造了條件。