摘 　 要： 本文設(shè)計(jì)一種基于微壓變送器的連續(xù)自動(dòng)檢測裝置，可以實(shí)現(xiàn)被測液體介質(zhì)密度的連續(xù)在線檢測，并介紹裝置結(jié)構(gòu)及檢測原理。

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)地檢測出，對于液體物質(zhì)來說，如果能夠引入與被測介質(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)算出被測物質(zhì)密度的值。這種測量方式可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)在線的自動(dòng)檢測，可以在大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)中推廣使用。

檢測密度必須要知道兩個(gè)物理量，即被測物質(zhì)的質(zhì)量和體積。通常的測量方法有：實(shí)驗(yàn)室法、比重杯法、阿基米德定律法等。這些測量方法非常繁瑣，測量周期長，#大的缺陷是無法實(shí)現(xiàn)連續(xù)在線自動(dòng)檢測，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)確地測量，可以通過比值儀來檢測出物質(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)在線檢測密度的儀器是廣大工程技術(shù)人員面前的課題。

１ 檢測裝置設(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)，被測介質(zhì)密度 ρ 和壓強(qiáng) Ｐ 呈線性的函數(shù)關(guān)系。檢測裝置設(shè)計(jì)如圖１所示。

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。

溢流圍堰內(nèi)從工藝管線流出的被測液體介質(zhì)所產(chǎn)生的壓強(qiáng) Ｐ 值可以通過微壓變送器測量出， ＤＣＳ對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、減小被測介質(zhì)液體表面的張力對測量的影響。溢流堰內(nèi)被測液體介質(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)盡量減小被測液體介質(zhì)經(jīng)減壓閥流進(jìn)溢流圍堰的距離，縮短測量滯后的時(shí)間。為了減輕液體由勢能轉(zhuǎn)化成動(dòng)能對變送器測壓膜片的沖擊，管道與變送器測壓膜片的距離應(yīng)小于１．５ｃｍ ，被測液體介質(zhì)從管道中流出時(shí)的落點(diǎn)應(yīng)避開變送器測壓膜片，距離微壓變送器測壓膜片中心距離 ≥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測量造成的系統(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)被測液體介質(zhì)密度的連續(xù)在線檢測。在線檢測裝置的投運(yùn)極大減輕了人工取樣檢測的勞動(dòng)強(qiáng)度，縮短了檢測時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。不足之處在于，由于在檢測過程中液體被測介質(zhì)處于開放的空間，因此該裝置不具備防火防爆的功能，不適于防爆場所。

 

 

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