非侵入式超聲物位檢測方法的實驗研究.pdf

1、針對全封閉高壓反應器以及盛裝危險液體的密閉儲罐，料位及液位的實時準確檢測對于優(yōu)化生產(chǎn)操作參數(shù)，增加生產(chǎn)過程的安全系數(shù)，保證裝置長周期運行，增加產(chǎn)量，提高反應過程的監(jiān)測水平等都是必不可少的。而當前的料位/液位檢測方法由于其檢測原理自身缺陷的限制，需要侵入被測反應器或儲罐內(nèi)部，并不是本質(zhì)安全的檢測方法。因此，開發(fā)一種非侵入式的料位/液位檢測方法具有重要的實用價值，富有挑戰(zhàn)性，成為本文的主要任務。本研究論文以發(fā)射式超聲波檢測分析為手段，利用輻

2、射阻尼原理，系統(tǒng)考察了顆粒狀物料的靜態(tài)料位和動態(tài)料位與沿儲倉壁面?zhèn)鞑サ某曊駝有盘柕乃p關(guān)系，分別建立了顆粒狀物料靜態(tài)料位和動態(tài)料位預測模型。同時將輻射阻尼原理、脈沖透射衰減原理和超聲共振原理結(jié)合，揭示了由密閉儲罐表面發(fā)射的超聲振動信號變化與液位高度的定量關(guān)系。本論文的主要創(chuàng)新工作包括： (1)基于輻射阻尼原理，建立了靜態(tài)料位預測模型，實現(xiàn)了對密閉料倉料位的高精度非侵入式檢測。文中以由料倉底部發(fā)射的超聲振動信號為考察對象，信號經(jīng)

3、料倉壁面的材料阻尼衰減和對料倉內(nèi)物料進行能量輻射后，能量衰減與料倉內(nèi)物料高度成一定量關(guān)系，基于此，即建立了靜態(tài)料位預測模型。 以聚乙烯顆粒的料位檢測為例，系統(tǒng)考察了振動傳遞介質(zhì)、發(fā)射探頭功率、被測物料堆積密度、探頭安裝位置以及料倉壁面材料對信號衰減的影響。研究發(fā)現(xiàn)，超聲振動信號隨料位高度增加而衰減，且初始階段的衰減斜率比后段的斜率要大；在不考慮料倉壁厚度影響的情況下，通過料倉壁進行傳播的超聲振動信號能量衰減較??；發(fā)射探頭的發(fā)射功

4、率越大，能量衰減越迅速，對料位的測量越準確；隨著物料粒徑的減小，堆積密度的增大，物料對內(nèi)構(gòu)件表面超聲振動能量的吸收越大，超聲振動沿內(nèi)構(gòu)件表面?zhèn)鞑サ乃p也隨之增大，接收探頭接收到的能量就越?。话l(fā)射探頭與接收探頭在料倉軸向同側(cè)時，接收探頭接收到的超聲振動信號能量要明顯大于兩探頭分別位于料倉軸向兩側(cè)的情況。 (3)以靜態(tài)料位預測模型為基礎(chǔ)，獲得了顆粒狀物料動態(tài)料位預測模型，實現(xiàn)了對顆粒狀物料動態(tài)高度的非侵入式檢測。 以氣固流化

5、床為例，定量考察了氣速變化對通過床壁傳播的振動信號衰減的影響。研究發(fā)現(xiàn)，超聲振動沿流化床床壁的傳播過程中，其衰減趨勢的影響因素與靜態(tài)料倉中的影響因素是相同的，并不受流化床內(nèi)表觀氣速的影響。 (4)利用超聲輻射原理、脈沖透射衰減原理和超聲共振原理，將發(fā)射探頭與接收探頭均耦合在液體儲罐的外表面，揭示了液位高度與超聲振動能量之間的定量關(guān)系，實現(xiàn)了對密閉液體儲罐的超聲非侵入式液位檢測。 以水為例，定量考察了液位高度與超聲脈沖信號

6、之間的關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)，對于發(fā)射探頭發(fā)射出的脈沖信號，接收探頭所采集的信號分為三個部分，其中的主峰信號的歸一化能量隨著液位高度呈波動變化；位于液位高度上方和下方的接收探頭所采集信號的積分強度比例相比于同在液位上方或同在液位下方的兩接收探頭采集信號的積分強度比例有大幅提高；當發(fā)射探頭發(fā)射共振信號時，由于液體與固體在聲能的吸收上存在不同，較透射共振信號的強度也有巨大差異，通過這三種差異可以分別獨立進行非侵入式液位檢測。研究同時發(fā)現(xiàn)，在接收探頭