固体料位的精确测量——常用方法、难点和选型
准确测量罐或料仓中的固体数量，对于产品管理、库管控制和转移都是至关重要的。
颗粒状固体是一系列颗粒的集合，如雪、沙、稻或煤。虽然颗粒状固体的形式很容易解释，但它们的行为很复杂，不同于液体和气体。准确测量罐或料仓中的固体数量，对于产品管理以及库管的控制和转移十分重要。
传感器类型
与液位测量一样，固体料位测量设备也分为两大类：非接触式和接触式。在这些类别中，设备可以进一步细分为点料位和连续料位监控。本文介绍这些设备和一些应用背后的原理。
固体料位测量不像液位测量那样干净利落。液体的重量特性，可以使用静压装置转换成液位的重量; 固体在同一批次内可以发生较大的变化。液体也具有自流平，并且在没有混合或其它干扰的情况下，可以为测量装置提供均匀的表面。这是固体料位测量面临的挑战之一。
固体一般只能向测量装置提供不平坦的表面，并且在存储它们的容器中不均匀地装载或沉降。寻找水平表面以反射信号对于固体物料来说具有一定的挑战性。
用于固体测量的非接触式设备，与用于液位测量的非接触式设备相同，超声波、雷达和激光是最常见的设备。超声波装置具有成本较低的优点，并且我们对于它们的行为模式了解的非常清楚。不幸的是，有时会导致误用，从而导致结果不一致。雷达设备也是如此。
固体一般难于沉降成均匀且水平的表面。更常见的情况是，固体通过输送机传输到水箱或筒仓，输送机将固体倾倒到一个位置，使其形成由固体“休止角”确定的圆锥体。当超过该角度时，存在质量沉降或脱落。如果非接触式设备正在监测锥体顶部，则这种脱落将导致料位突然发生变化。通常情况下，设备被布置在交付区域附近，很难测得真正的料位，并且任何脱落都会再次导致料位的突然变化。
01
西门子的Multi-Ranger 200 是一款短程、中程超声波单容器和多容量料位监视器/ 控制器。它可用于包括城市垃圾、木屑和具有高休止角的材料。它提供报警、开/ 关和交替泵控制，可用于各种应用，如湿井、料斗、干燥固体储存和其它领域。图片来源：西门子。
02
Aplus Finetek 传感器公司的SAL 18 系列射频导纳点料位开关，据称是一种先进的射频（RF）料位开关，适用于检测液体、固体和浆料的存在/ 不存在的各种应用，包括沥青混合料、沥青 、干粉、颗粒状材料等，用于高、低料位检测。提供自动增强保护功能。图片来源：Aplus Finetek传感器公司
固体测量的难点
问题是倾斜表面的反射。超声波、导波雷达（GWR）和激光装置依赖于被测材料表面的信号反射。液体表面是均匀的，并且为信号“反射”提供了良好的反射表面。固体的稠度、粒度，当然还有休止角各不相同。休止角是固体在以均匀一致的流速输送时，自然沉降的角度。每个固体都有一个特有的休止角。这可以在测量料位点的应用中使用。
可以以休止角的角度来安装非接触式测量装置传感器，以确定固体锥体何时到达控制点，例如料位高警报。连续料位测量并不容易。缺乏均匀的表面会阻止相干反射返回到变送器，并且变化的粒度会产生散射效应，这两种情况都会导致信号的不可靠。激光器是更可靠的测量料位点的设备，在确定控制点处固体的存在时更准确。如果在装置容器上安装不切实际，那么可以将激光器安装在装置的“肩上”。例如在给卡车装载淤泥的应用中，由于物料搬运和输送设备，在卡车上安装液位监控装置是不切实际的。
容器中的灰尘、固体膨胀和不均匀的负载都会影响非接触设备。请记住，灰尘可以燃烧。在实施安全程序之前，煤尘和粮食筒仓爆炸经常发生。在设计系统时必须考虑这个特性。除了燃料、氧气和燃料燃烧所需的点火之外，灰尘需要分散和限制在密闭容器中才能变成可燃物。分散可能会干扰非接触类型的料位设备运行。
应在系统中设计适当的设备外壳以提供适当的保护。当固体“结块”并且与筒仓内填充物的其余部分分离而成为单独的物体时，会发生固体膨胀，如在筒仓一侧堆积的固体。这可能导致无法和水平仪接触或水平仪无法接触物料。常见的补救措施是用振动或利用空气使固体“流体化”，以确保均匀分布。由于诸多原因，可能发生不均匀的加载。在某些情况下，系统设计和运行人员的经验，再加上机械搅动，可以帮助缓解此问题。
用于该应用的接触式测量装置是固体测量所特有的。这些装置依赖于与材料的直接接触或重量。固体的大小、密度、含水量和重量各不不同。这些特征可用于检测或推断料位。公共点料位检测装置是振动簧片或“音叉”型传感器。另一种常见的测量方法是采用重量和电缆系统。该装置是机械的，包含一个滑动线传感器，它可以跟随机械机构向下移动到地面。应变计用于改造现有的容器或筒仓，以指示容器内的固体负载。
关键概念：
■ 与液位测量一样，测量固体的设备分为两大类：非接触式和接触式。
■ 监测和控制固体料位的方法、应用和布置，依赖于对固体的理解。
思考一下：
固体特性可能包括可燃粉尘，如何安全地对固体物位进行测量？
- 完 -
本文来自于《控制工程中文版》（CONTROL ENGINEERING China ）2019年10月刊《聚焦过程自动化》栏目，原标题为：固体料位的精确测量
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