一種可靠的粉末和液體液位測(cè)量解決方案

測(cè)量料倉(cāng)，筒倉(cāng)和其他類型容器中的粉末和散裝液體水平具有重大挑戰(zhàn)。這些包括材料表面的形狀，材料特性，內(nèi)部容器結(jié)構(gòu)，填充和排出速率，容器尺寸，堆積密度變化，容器內(nèi)的灰塵（特別是在填充期間）等。其中一些挑戰(zhàn)涉及將距離或水平測(cè)量轉(zhuǎn)換為體積或重量。其他人則挑戰(zhàn)所選擇的液位測(cè)量技術(shù)的可靠性。本文將回顧一種已成功應(yīng)對(duì)許多這些挑戰(zhàn)的特定技術(shù)，尤其適用于與粉末液位測(cè)量相關(guān)的挑戰(zhàn)。

較適合液體的技術(shù)
基于智能電纜的傳感器，雷達(dá)液位計(jì)，通過空中雷達(dá)，超聲波，激光，電容，繩索，巖石和卷尺測(cè)量?jī)x都可以用于測(cè)量粉末的水平或容器中的其他散裝液體。將正確的技術(shù)與特定應(yīng)用相匹配以產(chǎn)生可靠且合理準(zhǔn)確的測(cè)量有時(shí)是難以捉摸的，并且在某些情況下與科學(xué)一樣多。
    所提到的每種技術(shù)都提供優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)，不同的價(jià)格點(diǎn)，不同的擁有成本。據(jù)報(bào)道，一種技術(shù)越來越受到各種行業(yè)用戶的廣泛認(rèn)可，是雷達(dá)液位計(jì)。Venture Development Corp.（VDC）1較近在其關(guān)于全球過程液位測(cè)量和庫(kù)存儲(chǔ)罐計(jì)量市場(chǎng)的白皮書中報(bào)告說，雷達(dá)液位計(jì)是液體應(yīng)用中連續(xù)液位測(cè)量技術(shù)的第四大部分。此外，VDC報(bào)告稱，雷達(dá)液位計(jì)（也稱為時(shí)域反射計(jì)或TDR）是增長(zhǎng)較快的技術(shù)領(lǐng)域。液體應(yīng)用中的增長(zhǎng)率和日益普及是有充分理由的。正如您將看到的那樣，當(dāng)從液體到重物的應(yīng)用中檢查真實(shí)世界的例子時(shí)，它的工作原理，

雷達(dá)液位計(jì) - 為什么會(huì)起作用
自20世紀(jì)90年代初以來，使用微波（雷達(dá)）測(cè)量粉末和液體顆粒的水平在技術(shù)上不斷發(fā)展并越來越受歡迎。微波的使用已經(jīng)進(jìn)入了水平測(cè)量領(lǐng)域的主流。其中一個(gè)原因是“因?yàn)槲⒉◣缀醪皇軠囟�，壓力和大氣成分等工藝條件的影響”，正如2004年7月關(guān)于雷達(dá)設(shè)備的文章所述。
     雷達(dá)液位計(jì)設(shè)備測(cè)量發(fā)射雷達(dá)信號(hào)向材料表面的飛行時(shí)間及其反射回儀器的反射。測(cè)量的飛行時(shí)間與液位測(cè)量?jī)x器和材料表面之間的開放空間距離直接相關(guān)。無論填充過程中的灰塵，容器結(jié)構(gòu)和大多數(shù)材料特性，雷達(dá)液位計(jì)設(shè)備都能提供多年可靠且無故障的操作，在測(cè)量散裝液體的應(yīng)用中，測(cè)量精度可低至0.3英寸。
    基于微波的物位測(cè)量裝置的一個(gè)挑戰(zhàn)是測(cè)量低介電材料。雷達(dá)波被發(fā)射到船舶大氣中。一旦它們接觸到介電常數(shù)（材料表面）的變化，就會(huì)反射一定量的雷達(dá)能量。然而，有些人被吸收了。材料的電介質(zhì)越低，吸收的雷達(dá)能量越多，反射量越低。正如一家制造商在關(guān)于雷達(dá)技術(shù)的網(wǎng)站FAQ3中所報(bào)道的那樣，“經(jīng)驗(yàn)法則是介電常數(shù)的值代表反射能量的百分比。因此，直流[介電常數(shù)]為8意味著8％的發(fā)射能量被反射回發(fā)射機(jī)。“與通過空中雷達(dá)設(shè)備相比，雷達(dá)液位計(jì)設(shè)備通常將測(cè)量更低的介電材料。這是一個(gè)明顯的優(yōu)勢(shì)。其原因很容易理解。由于雷達(dá)液位計(jì)單元利用波導(dǎo)來聚焦雷達(dá)能量，因此更多的能量被傳遞到材料表面。來自通過空氣技術(shù)（通過空中雷達(dá)和超聲波）的能量從其發(fā)射器中分散，并且當(dāng)與材料表面接觸時(shí)能量顯著降低。采用TDR技術(shù)的雷達(dá)液位計(jì)可以可靠地測(cè)量介電常數(shù)低至1.4甚至更低的材料。當(dāng)材料的介電常數(shù)保持穩(wěn)定時(shí)尤其如此。
    除了使用直接測(cè)量技術(shù)之外，還可以使用底部反射技術(shù)測(cè)量低介電材料。在底部反射模式中，雷達(dá)脈沖沿著電纜探頭（波導(dǎo)）向下引導(dǎo)并穿過低介電材料。然后它們反射掉連接在電纜探頭底部的配重。然后將從底部到材料反射的飛行時(shí)間與通過空氣的飛行時(shí)間進(jìn)行比較。通過材料的反射時(shí)間將更長(zhǎng)，并且差異與材料的水平有關(guān)。
    具有TDR的雷達(dá)液位計(jì)具有優(yōu)于通風(fēng)技術(shù)的其他優(yōu)點(diǎn)，包括消除與“通過容器壁和內(nèi)部容器障礙物（例如管道，噴嘴，梯子等）”的通過空氣發(fā)射能量的反射率相關(guān)的問題。正如2003年3月的一篇文章所述。表1說明了使用TDR技術(shù)的雷達(dá)液位計(jì)設(shè)備與其他常用技術(shù)相比的一些優(yōu)勢(shì)。由于這些優(yōu)點(diǎn)，雷達(dá)液位計(jì)通常是粉末和其他散裝液體材料的較佳選擇。我們來看一個(gè)示例應(yīng)用程序。

測(cè)量水泥粉末的含量
水泥粉末是制造混凝土的關(guān)鍵因素之一�；炷�土是必不可少的建筑材料，并且以各種方式使用�；炷�土以批量工藝制造，并且每批可具有略微不同的性質(zhì)，這些性質(zhì)涉及強(qiáng)度，聚集量，顏色和可能對(duì)預(yù)期用途重要且特定的其他性質(zhì)。
     用于生產(chǎn)混凝土的制造設(shè)施通常稱為混凝土批處理設(shè)備。僅在北美就有許多種植物和數(shù)萬種植物。水泥粉除了是混凝土中的關(guān)鍵成分外，也是一種昂貴的成分。跟蹤儲(chǔ)存?zhèn)}中使用和保留的水泥量會(huì)影響混凝土批次工廠的生產(chǎn)率和較終盈利能力。
    Batavia Concrete位于伊利諾伊州蒙哥馬利，是伊利諾斯州北部Prairie Materials運(yùn)營(yíng)的眾多混凝土批量工廠之一。像大多數(shù)混凝土工廠一樣，巴達(dá)維亞使用水泥和粉煤灰作為配料。當(dāng)材料處于高水平或低水平時(shí)，點(diǎn)水平箱指示器告訴Batavia人員，他們不知道在任何給定時(shí)間他們?cè)诖鎯?chǔ)箱中留下了多少材料。他們需要一種更好的方法來提高效率。
    在審查了Monitor Technologies LLC的提案后，Batavia Concrete選擇安裝兩臺(tái)Monitor的Flexar雷達(dá)液位計(jì)連續(xù)液位測(cè)量傳感器。這些是在2005年12月安裝的。
Batavia Concrete使用由賓夕法尼亞州伊利的Erie Strayer制造的多室批處理設(shè)備。作為Erie多年的供應(yīng)商，Monitor Technologies熟悉批量工廠和料箱設(shè)計(jì)。使用的單位是從伊利諾伊州埃爾本的設(shè)施制造和運(yùn)輸，并使用2英寸安裝�，F(xiàn)有屋頂結(jié)構(gòu)上的ANSI法蘭。
    兩個(gè)單元都在大約34英尺高的箱子里。水泥粉末的介電常數(shù)可以在1.5至2.5之間。飛灰在1.5的區(qū)域內(nèi)也可以具有相對(duì)低的介電常數(shù)。此外，水泥和飛灰容器都是氣動(dòng)填充的。這會(huì)在填充過程中產(chǎn)生大量灰塵 在放電期間也存在灰塵。雖然粉煤灰可以輕到35-45磅/立方英尺，但水泥粉末相當(dāng)重，通常在85-95磅/立方英尺之間。雷達(dá)液位計(jì)電纜探頭設(shè)計(jì)用于在材料中承受高達(dá)近4噸的拉力排出。像這種設(shè)計(jì)的雷達(dá)液位計(jì)可以處理總高度高達(dá)100英尺的水泥粉末等應(yīng)用。
    在水泥粉末和飛灰中使用雷達(dá)液位計(jì)技術(shù)的結(jié)果是示例性的。Batavia Concrete的Fred Thompson自安裝以來就對(duì)此解決方案感到滿意。“填充周期中的觀察非常好，”他說。“雷達(dá)液位計(jì)裝置不會(huì)跳過一個(gè)節(jié)拍，即使氣動(dòng)填充過程中有大量的灰塵。”

在飼料產(chǎn)品應(yīng)用中測(cè)量乳清
乳清通常是奶酪制造過程中的副產(chǎn)品。乳清是與凝乳分離的水狀部分。乳清通常富含乳糖，礦物質(zhì)和維生素，并含有乳清蛋白和微量脂肪。乳清也被稱為原料乳汁和凝固物中產(chǎn)生的含水部分。
    乳清的一個(gè)用途是制造用于家畜和家畜的某些類型的飼料產(chǎn)品。乳清也可以加工成干粉形式，具有約1.7的相當(dāng)?shù)偷慕殡姵��?shù)，用于食品和飲料工業(yè)。
    Socorro是一家工程和咨詢公司，專門從事各種行業(yè)的自動(dòng)化項(xiàng)目。Socorro的所有者兼總裁Campbell需要更換一些在德克薩斯州WestwayProducts無法正常工作的液位測(cè)量系統(tǒng)�，F(xiàn)有的傳感器是通過空中雷達(dá)設(shè)計(jì)。然而，由于天線上涂層的影響，它們不能可靠地工作。Socorro和Westway需要一個(gè)解決方案。
    雖然乳清粉具有低介電常數(shù)，但是在乳酪制造過程中由于擠壓干酪凝乳，原料乳清實(shí)際上是含水的流體，具有約40-60％的液體含量。乳清的電介質(zhì)高于干乳清粉的電介質(zhì)。雷達(dá)液位計(jì)對(duì)于該應(yīng)用是可接受的，并且電纜上的任何堆積或涂層都沒有影響。
    Westway的三個(gè)罐中有兩個(gè)含有乳清，另一個(gè)含有另一種液體。兩個(gè)乳清罐直徑28英尺，高32英尺。另一種液體的水箱直徑為12英尺，高度為20英尺。乳清從附近的奶酪工廠被泵送到Westway工廠的兩個(gè)乳清罐中的任何一個(gè)�？梢匝�環(huán)使用兩個(gè)乳清罐，并使用高度精確的科里奧利質(zhì)量流量計(jì)對(duì)流量進(jìn)行計(jì)量和監(jiān)控。
    乳清在Westway現(xiàn)場(chǎng)加工，然后泵入卡車運(yùn)送到飼料生產(chǎn)設(shè)施或泵送到當(dāng)?shù)嘏淞仙�產(chǎn)設(shè)施，在那里干燥以產(chǎn)生類似于干酪的乳清液體。通過將干燥的材料研磨成粉末進(jìn)一步加工該材料，然后將其儲(chǔ)存在用于裝袋或散裝運(yùn)輸?shù)南渲小?br />     乳清是一種有價(jià)值的商品，可添加到各種動(dòng)物飼料中。每個(gè)乳清罐和另一個(gè)液體罐中的液位傳感需要可靠和準(zhǔn)確。選擇雷達(dá)液位計(jì)是因?yàn)樗�具有耐涂層性和處理相�?duì)低介電常數(shù)材料的能力。
    在這種情況下，所有三艘船都配備了Monitor Technologies的Flexar雷達(dá)液位計(jì)裝置。他們從一開始就表現(xiàn)得很好。水平讀數(shù)連接到設(shè)施內(nèi)的Allen-Bradley PanelView系統(tǒng)。裝載和卸載乳清罐的整個(gè)過程將是自動(dòng)化的，F(xiàn)lexar雷達(dá)液位計(jì)裝置的水平讀數(shù)是關(guān)鍵。

結(jié)論
作為一種可行，可靠和準(zhǔn)確的液位測(cè)量技術(shù)，雷達(dá)液位計(jì)（TDR）技術(shù)在十多年的時(shí)間里已經(jīng)走過了漫長(zhǎng)的道路。當(dāng)由知名制造商正確應(yīng)用時(shí)，它在粉末和散裝液體中幾乎是通用的，該制造商了解與粉末和散裝液體應(yīng)用相關(guān)的挑戰(zhàn)。與較常用的設(shè)備相比，它具有技術(shù)和應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，具有很高的價(jià)值