一種可靠的粉末和液體液位測量解決方案

測量料倉，筒倉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量轉(zhuǎn)換為體積或重量。其他人則挑戰(zhàn)所選擇的液位測量技術(shù)的可靠性。本文將回顧一種已成功應(yīng)對許多這些挑戰(zhàn)的特定技術(shù)，尤其適用于與粉末液位測量相關(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，通過空中雷達(dá)，超聲波，激光，電容，繩索，巖石和卷尺測量儀都可以用于測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)確的測量有時是難以捉摸的，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，缺點，不同的價格點，不同的擁有成本。據(jù)報道，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。Venture Development Corp.（VDC）1較近在其關(guān)于全球過程液位測量和庫存儲罐計量市場的白皮書中報告說，雷達(dá)液位計是液體應(yīng)用中連續(xù)液位測量技術(shù)的第四大部分。此外，VDC報告稱，雷達(dá)液位計（也稱為時域反射計或TDR）是增長較快的技術(shù)領(lǐng)域。液體應(yīng)用中的增長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)用中檢查真實世界的例子時，它的工作原理，

雷達(dá)液位計 - 為什么會起作用
自20世紀(jì)90年代初以來，使用微波（雷達(dá)）測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)入了水平測量領(lǐng)域的主流。其中一個原因是“因為微波幾乎不受溫度，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)液位計設(shè)備測量發(fā)射雷達(dá)信號向材料表面的飛行時間及其反射回儀器的反射。測量的飛行時間與液位測量儀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)液位計設(shè)備都能提供多年可靠且無故障的操作，在測量散裝液體的應(yīng)用中，測量精度可低至0.3英寸。
    基于微波的物位測量裝置的一個挑戰(zhàn)是測量低介電材料。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中所報道的那樣，“經(jīng)驗法則是介電常數(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)液位計設(shè)備通常將測量更低的介電材料。這是一個明顯的優(yōu)勢。其原因很容易理解。由于雷達(dá)液位計單元利用波導(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)與材料表面接觸時能量顯著降低。采用TDR技術(shù)的雷達(dá)液位計可以可靠地測量介電常數(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)定時尤其如此。
    除了使用直接測量技術(shù)之外，還可以使用底部反射技術(shù)測量低介電材料。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間與通過空氣的飛行時間進(jìn)行比較。通過材料的反射時間將更長，并且差異與材料的水平有關(guān)。
    具有TDR的雷達(dá)液位計具有優(yōu)于通風(fēng)技術(shù)的其他優(yōu)點，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)液位計設(shè)備與其他常用技術(shù)相比的一些優(yōu)勢。由于這些優(yōu)點，雷達(dá)液位計通常是粉末和其他散裝液體材料的較佳選擇。我們來看一個示例應(yīng)用程序。

測量水泥粉末的含量
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。混凝土以批量工藝制造，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。跟蹤儲存?zhèn)}中使用和保留的水泥量會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，點水平箱指示器告訴Batavia人員，他們不知道在任何給定時間他們在存儲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Monitor的Flexar雷達(dá)液位計連續(xù)液位測量傳感器。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。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。現(xiàn)有屋頂結(jié)構(gòu)上的ANSI法蘭。
    兩個單元都在大約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)也可以具有相對低的介電常數(shù)。此外，水泥和飛灰容器都是氣動填充的。這會在填充過程中產(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)液位計電纜探頭設(shè)計用于在材料中承受高達(dá)近4噸的拉力排出。像這種設(shè)計的雷達(dá)液位計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)液位計技術(shù)的結(jié)果是示例性的。Batavia Concrete的Fred Thompson自安裝以來就對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)液位計裝置不會跳過一個節(jié)拍，即使氣動填充過程中有大量的灰塵。”

在飼料產(chǎn)品應(yīng)用中測量乳清
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)的自動化項目。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量系統(tǒng)�，F(xiàn)有的傳感器是通過空中雷達(dá)設(shè)計。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)液位計對于該應(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的三個罐中有兩個含有乳清，另一個含有另一種液體。兩個乳清罐直徑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工廠的兩個乳清罐中的任何一個�？梢匝�環(huán)使用兩個乳清罐，并使用高度精確的科里奧利質(zhì)量流量計對流量進(jìn)行計量和監(jiān)控。
    乳清在Westway現(xiàn)場加工，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，然后將其儲存在用于裝袋或散裝運(yùn)輸?shù)南渲小?br />     乳清是一種有價值的商品，可添加到各種動物飼料中。每個乳清罐和另一個液體罐中的液位傳感需要可靠和準(zhǔn)確。選擇雷達(dá)液位計是因為它具有耐涂層性和處理相對低介電常數(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過程將是自動化的，F(xiàn)lexar雷達(dá)液位計裝置的水平讀數(shù)是關(guān)鍵。

結(jié)論
作為一種可行，可靠和準(zhǔn)確的液位測量技術(shù)，雷達(dá)液位計（TDR）技術(shù)在十多年的時間里已經(jīng)走過了漫長的道路。當(dāng)由知名制造商正確應(yīng)用時，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，具有很高的價值