如何为应用选择合适的液位计

处理散装固体材料的公司必须测量容器和储罐中的内容物，处理液体的用户也必须这样做。然而，某些明显的差异使得在试图获得固体产品的精确体积或质量测量时，任务变得更加困难。最大的区别在于固体和液体流动或不流动的方式。

有些固体有足够的粒度可以分离成颗粒。有了这些，有些可能会凝聚成大块，但潜在的假设是材料可以倒出来，至少大部分是这样。(如果一个容器充满了完全固体的物质，那么就有比简单地测量体积或水平更大的问题了。)

找到一个坚实的水平

液体，即使是高粘度的液体，最终也会在容器中达到均匀的水平。另一方面，固体形成堆。如果管道或溜槽将颗粒送入容器，最高点将在管道的正下方。容器内最高点和最低点之间的差别可能很大，也可能相当均匀，这取决于材料和其他因素。

这种成桩特性被量化为静止角，这意味着在部分桩会滑落之前，桩的侧面可以变得多陡(见表1)。球形塑料颗粒不会堆积得很高，因为它们会从自己的山坡上滚下来。其他产品，即使它们没有粘性，也可以由于颗粒形状或自然黏性而形成更高的堆。在大多数情况下，很少有产品的休止角低于30度或高于45度。即使是湿砂，如果允许自由移动，也不会堆积超过45度。

如图1所示，想象一个底部为圆锥形的圆形容器。它由安装在屋顶上的管道填充，管道与中心和外墙等距离。底部出口居中，锥壁呈45度倾斜。当容器被填充时，产品将堆积在进水管下并向外移动。当填充停止时，会有一个圆锥形的桩，其侧面近似于材料的休止角。容器的最低点将在壁附近，离进水管最远。当出口被打开时，直接在开口上的材料会掉出来，最终形成一个洞，因为更高的材料从侧面和上面移动来填补空隙。

三种固体测量技术

测量固体的技术通常是从上到下，安装在容器顶部的水平仪指向材料的表面。最常见的三个包括:

• 导波雷达使用探针来引导脉冲的传播
• 非接触式雷达
• 声学。

每一种方法在处理固体特性方面都有自己的特点。在正常情况下，这三种仪器都是根据能量脉冲发送到表面上某一点反射返回仪器之间的时间来计算测量值的。

用导波雷达，它是一个非常小的点，只有1或2英寸。仪器探头周围的直径。该仪器不能仅从一个点创建整个表面的图像，但对于某些应用，一个点可能足以接收信息。非接触式雷达和声级仪器可以读取更大的区域，特别是后者，但仍然可能产生不完整的图像。是否足够取决于工艺的需要。

理解仪器约束

导波雷达仪器，如图1左侧所示，使用一个探头向下延伸到材料中。读数信号沿着探头向下传播，击中材料表面，然后返回探头，以提供探头周围材料高度的非常精确的读数。由于信号沿探头向下传播，因此在低介电应用中，它比非接触式雷达具有优势。

有些探头由柔性电缆制成，而其他探头则由刚性杆制成。柔性探头更适合固体，因为当大量材料开始移动时，由于运动不均匀，力可能使刚性探头弯曲甚至断裂，特别是当容器填充或排空时。

拉力是一种特性，因为在填充或清空容器时，当材料移动时，深嵌在大量材料中的探头会施加巨大的拉伸力(见表2)。探头可以从仪器外壳中拔出，或者更糟的是，一个加固良好的探头可以简单地将容器顶部拉下来。但是拉力可以通过计算来避免这些情况。根据材料的不同，频繁靠近探头的运动也会导致磨损和过早磨损。然而，在正确的应用中，导波雷达仪器可以是一个非常准确和经济的选择。

电介质和体积密度

非接触式雷达和声学仪器依赖于通过露天向材料表面发送脉冲和反射时间(见图2)。测量的准确性取决于返回信号的强度和可重复性。能够产生强信号的特性是雷达和声学方法之间的主要区别。雷达仪器主要依赖于材料的介电常数(DC)，而声学仪器则依赖于体积密度。

使用非接触式雷达仪器，发射电磁能量脉冲。当脉冲遇到直流变化的边界时，一些能量被反射回来。在这种情况下，边界是容器中的空气和容器中的材料表面之间的界面，它可以是固体或液体。材料的直流电越高，反射越强。

测量固体水平时，表面角度是一个问题。如果它是平坦的，反射会直接返回到仪器，但如果脉冲碰到一个斜坡，部分信号可以反射到容器的一侧，而不会被捕获(见图3)。在大多数情况下，足够的信号被返回以获得可用的测量，但如果材料具有低直流和高静止角，则很难组合。特殊的固体算法在仪器和抛物面天线可以帮助测量固体的应用。

原声乐器也有类似但不同的限制。由仪器产生的声脉冲或声波穿过空气空间，直到它遇到容器或容器壁的固体内容物的表面。反射强度由材料的体积密度决定，体积密度是物质在给定体积内的质量。因此，如果材料表面保持蓬松，它会吸收一些声能，反射波就不那么强了。

同样，这成为一个严重问题的情况很少，但对于一些特别麻烦的产品，这是要记住的。由于光束比非接触式雷达仪器宽得多，该仪器可以捕获整个表面的平均水平计算信息。在一些船舶上，液位信息足以计算出精度在3%以内的体积，尽管较大的船舶可能需要多个设备才能获得这些结果。

其他水平测量变量

当深入到具体的个别应用案例时，不同的技术和仪器有更微妙的特点。其他可能影响方法和仪器选择的考虑因素包括:

• 灰尘水平
• 产品研磨
• 产品腐蚀性
• 湿气和冷凝
• 进出口位置
• 内部的障碍
• 环境噪音和电磁干扰
• 灌装和排空周期的频率
• 仪器安装约束
• 最小和最大距离。

在为特定应用选择合适的液位计时，这些都应该与测量解决方案提供商讨论。

创建地形模型

对于许多应用，工厂操作员可能只需要大致了解容器中有多少材料。如果经验表明，材料是如何在同一区域以低点和高点堆积的，那么一点测量可能就足够了。其他情况可能没有这么简单。

当容器直径较大，或者进出口位置不佳导致负载不均匀时，一个或两个测量点可能是不够的，特别是在需要高精度的情况下。在这些情况下，单独使用或协同使用的声学仪器提供了创造更详细画面的能力。

由于声学仪器的信息在它所看到的区域是如此完整，它可以创建一个船舶内部表面的地形图。在非常大的容器中，来自多个仪器的单个图像可以编织在一起，形成一个非常精确的覆盖材料表面的大图像(见图4)。当需要多个仪器非常准确地计算总体积时，仪器外部的软件会对高点和低点进行平均。如果正在形成过高或过低的点，则完整的视觉图像还可以警告操作人员，这可能表明容器内的水分污染或物料流动不良。

创建如此详细的图像所需的仪器数量由以下因素组合决定:

• 血管直径——更大的血管需要更多的仪器
• 头部空间-当材料表面接近顶部时，一台仪器无法读取那么大的区域
• 精度要求-增加仪器的数量有助于创建更精确的图像。

这种方法可能是一种昂贵的解决方案，因为它可能需要大量的仪器和必要的处理能力来进行计算。然而，如果材料非常昂贵，有运动或流动问题，或者需要非常精确的图像，这种解决方案可以提供所需的任何精度水平。

液位测量因素

测量固体液位计比测量液体液位计更复杂，因为许多测量技术根本不起作用，留下了更短的选择列表。如果了解了流程的需求以及技术的局限性，上述三种技术可以覆盖绝大多数应用程序。

当小区域点读数足够时，或者材料由于低介电性而特别成问题时，只要可以克服机械限制，导波雷达就可以准确且经济。非接触式雷达还可以提供稍大的单点读数，而无需担心探头。

当需要读取和平均更大的区域时，声学可以完成这项工作。确定哪种技术最适合特定应用将取决于许多因素，包括:

• 特定材料特性
• 安装注意事项
• 测量的需求。

对于需要精确体积测量或实际看到罐内可以保护产品或提供额外安全性的应用，通过支持软件程序一起工作的多个声学仪器可以绘制材料表面从墙到墙的地图，可能值得额外投资。

莉迪亚•米勒他是艾默生过程管理公司罗斯蒙特过程级小组的高级营销工程师。编辑:Emily Guenther，副内容经理，控制工程， CFE传媒，eguenther@cfemedia.com．

更多的建议

关键概念

• 不同的固体测量技术
• 的操作导波雷达仪器
• 的限制在雷达和声学仪器之间。

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