【儀表網 儀表科普】顆粒狀固體是一系列顆粒的集合，如雪、沙、稻或煤。雖然顆粒狀固體的形式很容易解釋，但它們的行為很復雜，不同于液體和氣體。準確測量罐或料倉中的固體數量，對于產品管理以及庫管的控制和轉移十分重要。
與液位測量一樣，固體料位測量設備也分為兩大類：非接觸式和接觸式。在這些類別中，設備可以進一步細分為點料位和連續(xù)料位監(jiān)控。本文介紹這些設備和一些應用背后的原理。
固體料位測量不像液位測量那樣干凈利落。液體的重量特性，可以使用靜壓裝置轉換成液位的重量; 固體在同一批次內可以發(fā)生較大的變化。液體也具有自流平，并且在沒有混合或其它干擾的情況下，可以為測量裝置提供均勻的表面。這是固體料位測量面臨的挑戰(zhàn)之一。
西門子的Multi-Ranger 200是一款短程、中程超聲波單容器和多容量料位監(jiān)視器/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。它提供報警、開/關和交替泵控制，可用于各種應用，如濕井、料斗、干燥固體儲存和其它領域。圖片來源：西門子。
固體一般只能向測量裝置提供不平坦的表面，并且在存儲它們的容器中不均勻地裝載或沉降。尋找水平表面以反射信號對于固體物料來說具有一定的挑戰(zhàn)性。
用于固體測量的非接觸式設備，與用于液位測量的非接觸式設備相同，超聲波、雷達和激光是常見的設備。超聲波裝置具有成本較低的優(yōu)點，并且我們對于它們的行為模式了解的非常清楚。不幸的是，有時會導致誤用，從而導致結果不一致。雷達設備也是如此。
固體一般難于沉降成均勻且水平的表面。更常見的情況是，固體通過輸送機傳輸到水箱或筒倉，輸送機將固體傾倒到一個位置，使其形成由固體“休止角”確定的圓錐體。當超過該角度時，存在質量沉降或脫落。如果非接觸式設備正在監(jiān)測錐體頂部，則這種脫落將導致料位突然發(fā)生變化。通常情況下，設備被布置在交付區(qū)域附近，很難測得真正的料位，并且任何脫落都會再次導致料位的突然變化。
固體測量的難點
問題是傾斜表面的反射。超聲波、導波雷達(GWR)和激光裝置依賴于被測材料表面的信號反射。液體表面是均勻的，并且為信號“反射”提供了良好的反射表面。固體的稠度、粒度，當然還有休止角各不相同。休止角是固體在以均勻一致的流速輸送時，自然沉降的角度。每個固體都有一個特有的休止角。這可以在測量料位點的應用中使用。
可以以休止角的角度來安裝非接觸式測量裝置傳感器，以確定固體錐體何時到達控制點，例如料位高警報。連續(xù)料位測量并不容易。缺乏均勻的表面會阻止相干反射返回到變送器，并且變化的粒度會產生散射效應，這兩種情況都會導致信號的不可靠。激光器是更可靠的測量料位點的設備，在確定控制點處固體的存在時更準確。
Aplus Finetek傳感器公司的SAL 18系列射頻導納點料位開關，據稱是一種先進的射頻(RF)料位開關，適用于檢測液體、固體和漿料的存在/不存在的各種應用，包括瀝青混合料、瀝青 、干粉、顆粒狀材料等，用于高、低料位檢測。提供自動增強保護功能。圖片來源：Aplus Finetek傳感器公司
如果在裝置容器上安裝不切實際，那么可以將激光器安裝在裝置的“肩上”。例如在給卡車裝載淤泥的應用中，由于物料搬運和輸送設備，在卡車上安裝液位監(jiān)控裝置是不切實際的。
容器中的灰塵、固體膨脹和不均勻的負載都會影響非接觸設備。請記住，灰塵可以燃燒。在實施安全程序之前，煤塵和糧食筒倉爆炸經常發(fā)生。在設計系統(tǒng)時必須考慮這個特性。除了燃料、氧氣和燃料燃燒所需的點火之外，灰塵需要分散和限制在密閉容器中才能變成可燃物。分散可能會干擾非接觸類型的料位設備運行。
應在系統(tǒng)中設計適當的設備外殼以提供適當的保護。當固體“結塊”并且與筒倉內填充物的其余部分分離而成為單獨的物體時，會發(fā)生固體膨脹，如在筒倉一側堆積的固體。這可能導致無法和水平儀接觸或水平儀無法接觸物料。常見的補救措施是用振動或利用空氣使固體“流體化”，以確保均勻分布。由于諸多原因，可能發(fā)生不均勻的加載。在某些情況下，系統(tǒng)設計和運行人員的經驗，再加上機械攪動，可以幫助緩解此問題。
用于該應用的接觸式測量裝置是固體測量所特有的。這些裝置依賴于與材料的直接接觸或重量。固體的大小、密度、含水量和重量各不不同。這些特征可用于檢測或推斷料位。公共點料位檢測裝置是振動簧片或“音叉”型傳感器。另一種常見的測量方法是采用重量和電纜系統(tǒng)。該裝置是機械的，包含一個滑動線傳感器，它可以跟隨機械機構向下移動到地面。應變計用于改造現有的容器或筒倉，以指示容器內的固體負載。
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