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基于微壓變送器的液體介質(zhì)密度連續(xù)自動(dòng)檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)

作時(shí)間:2019-07-01  來源:  作者:
   
摘   要: 本文設(shè)計(jì)一種基于微壓變送器的連續(xù)自動(dòng)檢測(cè)裝置,可以實(shí)現(xiàn)被測(cè)液體介質(zhì)密度的連續(xù)在線檢測(cè),并介紹裝置結(jié)構(gòu)及檢測(cè)原理。
0 引言
不同的物質(zhì)密度一般都不相同,由于密度不隨質(zhì)量和體積而變化,因此密度是檢測(cè)物質(zhì)的重要指標(biāo)。物質(zhì)的密度不易直接精que連續(xù)地檢測(cè)出,對(duì)于液體物質(zhì)來說,如果能夠引入與被測(cè)介質(zhì)密度相關(guān)的量,確定其余的幾個(gè)量為定值或是已知量,通過測(cè)量得出相關(guān)的量數(shù)值的大小,在DCS (或 PLC )模擬量運(yùn)算中建立一元函數(shù)的數(shù)學(xué)模型,就可以計(jì)算出被測(cè)物質(zhì)密度的值。這種測(cè)量方式可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)在線的自動(dòng)檢測(cè),可以在大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)中推廣使用。
檢測(cè)密度必須要知道兩個(gè)物理量,即被測(cè)物質(zhì)的質(zhì)量和體積。通常的測(cè)量方法有:實(shí)驗(yàn)室法、比重杯法、阿基米德定律法等。這些測(cè)量方法非常繁瑣,測(cè)量周期長(zhǎng),#大的缺陷是無法實(shí)現(xiàn)連續(xù)在線自動(dòng)檢測(cè),在工業(yè)化大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)中無法推廣和普及。為了實(shí)現(xiàn)物質(zhì)密度的連續(xù)自動(dòng)準(zhǔn)確地測(cè)量,可以通過比值儀來檢測(cè)出物質(zhì)的百分含量,然后再根據(jù)物質(zhì)的百分含量與密度的函數(shù)關(guān)系計(jì)算出密度。從經(jīng)濟(jì)角度來看,無論是紫外法還是紅外法的比值儀價(jià)格都很高,而且光源的壽命普遍較短,屬于消耗品,在后續(xù)的使用中還會(huì)產(chǎn)生費(fèi)用,這讓很多企業(yè)難以接受。從技術(shù)角度來看,紅外法在測(cè)量部分介質(zhì)的過程中還需要用水來稀釋,會(huì)產(chǎn)生系統(tǒng)誤差,影響測(cè)量精度。為此,研發(fā)一款實(shí)用、價(jià)格低廉、精度較高、可以連續(xù)自動(dòng)在線檢測(cè)密度的儀器是廣大工程技術(shù)人員面前的課題。
1 檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)
由于液體的易流性和不可拉性,靜止的液體內(nèi)部沒有拉應(yīng)力和切應(yīng)力,只能有壓應(yīng)力,即壓強(qiáng)。根據(jù)壓強(qiáng)公式p = ρ g h ,重力加速度 g 是個(gè)定值,當(dāng)高度 h 是定值時(shí),被測(cè)介質(zhì)密度 ρ 和壓強(qiáng) P 呈線性的函數(shù)關(guān)系。檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)如圖1所示。
檢測(cè)裝置圖
從工藝管道中流出的液體介質(zhì)經(jīng)減壓閥減壓后,流入連接在微壓變送器膜盒法蘭上的溢流圍堰,溢流出來的被測(cè)介質(zhì)流入回收罐中,回收罐底安裝有液位計(jì),操作人員根據(jù)液位開啟回收液泵,把回收液打回工藝管道。溢流圍堰的結(jié)構(gòu)尺寸如圖2所示。
溢流圍堰結(jié)構(gòu)尺寸
溢流圍堰內(nèi)從工藝管線流出的被測(cè)液體介質(zhì)所產(chǎn)生的壓強(qiáng) P 值可以通過微壓變送器測(cè)量出, DCS對(duì)其采集處理后可以進(jìn)行模擬量運(yùn)算。溢流口處有刻度,用以修正、減小被測(cè)介質(zhì)液體表面的張力對(duì)測(cè)量的影響。溢流堰內(nèi)被測(cè)液體介質(zhì)的高度 h 是圍堰板高度 h 1 與液體表面張力產(chǎn)生的高度 h 2 之和, h 2 的值可以通過溢流口的刻度測(cè)量得出。由 p = ρ g h 可以推導(dǎo)出 ρ = p / g h , h = h 1 + h 2 ,則密度 ρ= p /( h 1 + h 2 ) g , p 的值通過測(cè)量和 DCS 采集處理是已知的, g 為常數(shù), h1 的值是溢流圍堰板的高度,也是已知量, h2 的值可以通過溢流圍堰口刻度測(cè)量得出。計(jì)算部分可以在 DCS 或 PLC 的模擬量運(yùn)算中通過建立一元函數(shù)的數(shù)學(xué)模型來實(shí)現(xiàn),計(jì)算結(jié)果就是被測(cè)液體介質(zhì)的密度。當(dāng)流進(jìn)溢流圍堰的流量穩(wěn)定時(shí),被測(cè)介質(zhì)流出溢流圍堰時(shí)的張力產(chǎn)生的高度 h 2 是個(gè)定值,流量很小時(shí) h 2 的值趨近于0 。
2 測(cè)量值不確定度的消除
應(yīng)選用 2″ 的法蘭膜盒式微壓變送器,以減少測(cè)量滯后的情況,保持水平安裝,以確保膜盒受壓均勻,安裝的環(huán)境溫度應(yīng)固定。溢流圍堰采用316或304材質(zhì)。應(yīng)盡量減小被測(cè)液體介質(zhì)經(jīng)減壓閥流進(jìn)溢流圍堰的距離,縮短測(cè)量滯后的時(shí)間。為了減輕液體由勢(shì)能轉(zhuǎn)化成動(dòng)能對(duì)變送器測(cè)壓膜片的沖擊,管道與變送器測(cè)壓膜片的距離應(yīng)小于1.5cm ,被測(cè)液體介質(zhì)從管道中流出時(shí)的落點(diǎn)應(yīng)避開變送器測(cè)壓膜片,距離微壓變送器測(cè)壓膜片中心距離 ≥3cm 。溢流圍堰的溢流口邊緣設(shè)計(jì)成由外側(cè)向內(nèi)成 ≤45°的銳角,以減小被測(cè)介質(zhì)的表面張力。溢流圍堰和微壓變送器法蘭連接的密封使用 PVC液體膠,減小溢流高度變化對(duì)測(cè)量造成的系統(tǒng)誤差。
3 結(jié)語
該設(shè)計(jì)方案從實(shí)際應(yīng)用出發(fā),投入低,能夠?qū)崿F(xiàn)被測(cè)液體介質(zhì)密度的連續(xù)在線檢測(cè)。在線檢測(cè)裝置的投運(yùn)極大減輕了人工取樣檢測(cè)的勞動(dòng)強(qiáng)度,縮短了檢測(cè)時(shí)間,提高了生產(chǎn)效率。不足之處在于,由于在檢測(cè)過程中液體被測(cè)介質(zhì)處于開放的空間,因此該裝置不具備防火防爆的功能,不適于防爆場(chǎng)所。
 
 
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