超声波物位仪在真空处理料仓检测中的应用

　　1　引　言

　　攀钢RH-MFB真空处理装置主要对钢水去除气体、夹杂、脱硫、脱碳,处理过程中需添加合金调整钢水成分,故设有14个合金料仓。为了掌握料仓中合金料位的多少,及时控制合金添加速度,需要对合金料位进行检测。由于料仓被测介质为粗糙的松散固体,在各种物位检测仪表中,超声波物位检测仪具有非接触、耐腐蚀、适合大储罐的物料高度测量,而且可以对影响测量精度的因素进行修正和按照用户要求输出各种标准信号,已经广泛应用于生产过程中, 因此选用E+H公司的非接触式单探头超声波物位检测仪。

　　2　超声波检测原理

　　高功率的压电陶瓷超声波探头发射聚焦成束的超声波脉冲,穿过空气到达被测介质表面,该脉冲全部或部分被反射回探头。探头既是发射装置,又是接收装置,它将收到的反射波转换成一个电信号。根据脉冲发出和收到的时间与探头和介质表面的距离成正比,距离D可由以下公式算出:

　　D=C·t/2(2—1)

　　C———音速;t———声波传送时间。

　　设探头到料仓低部的距离为L,那么料仓高度H为:H=L-D=L-C·t/2,如图2—1所示。B为盲区。

　　由于温度变化对声速C有较大影响,所以必须通过温度传感器及其补偿电路对其声速进行补偿。补偿可按下面公式进行:C=331·45+0·61T,检测系统每测量一次时间t,同时采用一次温度T值,然后根据上式计算出声速C,带入公式(2—1)计算出距离D。

　　3　系统组成及功能特点

　　超声波检测系统的组成:超声波探头DU41C,料位变送器FMU677,通讯器UV260Z。14个料仓设有14套超声波检测系统。变送器采用支架安装,使用屏蔽电缆,输出信号作为西门子PLC S5-155U的模拟输入,继电器接点信号与PLC的数字输入模件连接,具有高低限报警功能,检测结果显示在操作站上。组成如图2—1所示。

　　3·1　超声波探头

　　探头型号为DU41C,耐腐蚀,具有自动回声频率控制,适用于连续的、非接触的物位测量。工作温度-20℃~+60℃,为补偿因温度变化而形成的误差,在超声波探头中还装有一个温度探头,进行温度变化校正。该探头可测量20 m深的液位,10 m高的松散固体料位。工作频率约29 kHz,盲区约0·9 m。

　　3·2　超声波变送器

　　变送器FMU677作为控制系统的过程变量,检测料仓料位的高低。变送器向探头供电,探头回送测量值的模拟信号,变送器将这一信号转化成料位指示,并送到模拟输出端。

　　变送器所有的功能,包括模拟输出和继电器转换点等各种参数都可借助工作矩阵表组态输入。矩阵中的每个值都用竖值(V)和横值(H)坐标显示,对测量点和系统标定必须调用工作矩阵,故障诊断信息也可在矩阵表查找,可借助通讯器UV260Z在变送器前盘输入,操作简便。测量系统有6种工作方式,使其能适用于测量液体或松散固体。该系统被测介质为粗糙的松散固体,故选用工作方式5。对于体积与料位不成比例的容器,手动线性化可将料位测量转化为容积测量。变送器的模拟输出一路可转换电流输出0(或4)~20 mA,另一路可转换电压输出0(或2)~10 V。