非侵入式超聲物位檢測(cè)方法的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、針對(duì)全封閉高壓反應(yīng)器以及盛裝危險(xiǎn)液體的密閉儲(chǔ)罐，料位及液位的實(shí)時(shí)準(zhǔn)確檢測(cè)對(duì)于優(yōu)化生產(chǎn)操作參數(shù)，增加生產(chǎn)過(guò)程的安全系數(shù)，保證裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行，增加產(chǎn)量，提高反應(yīng)過(guò)程的監(jiān)測(cè)水平等都是必不可少的。而當(dāng)前的料位/液位檢測(cè)方法由于其檢測(cè)原理自身缺陷的限制，需要侵入被測(cè)反應(yīng)器或儲(chǔ)罐內(nèi)部，并不是本質(zhì)安全的檢測(cè)方法。因此，開(kāi)發(fā)一種非侵入式的料位/液位檢測(cè)方法具有重要的實(shí)用價(jià)值，富有挑戰(zhàn)性，成為本文的主要任務(wù)。本研究論文以發(fā)射式超聲波檢測(cè)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(dòng)態(tài)料位與沿儲(chǔ)倉(cāng)壁面?zhèn)鞑サ某曊駝?dòng)信號(hào)的衰減關(guān)系，分別建立了顆粒狀物料靜態(tài)料位和動(dòng)態(tài)料位預(yù)測(cè)模型。同時(shí)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(chǔ)罐表面發(fā)射的超聲振動(dòng)信號(hào)變化與液位高度的定量關(guān)系。本論文的主要?jiǎng)?chuàng)新工作包括： (1)基于輻射阻尼原理，建立了靜態(tài)料位預(yù)測(cè)模型，實(shí)現(xiàn)了對(duì)密閉料倉(cāng)料位的高精度非侵入式檢測(cè)。文中以由料倉(cāng)底部發(fā)射的超聲振動(dòng)信號(hào)為考察對(duì)象，信號(hào)經(jīng)

3、料倉(cāng)壁面的材料阻尼衰減和對(duì)料倉(cāng)內(nèi)物料進(jìn)行能量輻射后，能量衰減與料倉(cāng)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(yù)測(cè)模型。 以聚乙烯顆粒的料位檢測(cè)為例，系統(tǒng)考察了振動(dòng)傳遞介質(zhì)、發(fā)射探頭功率、被測(cè)物料堆積密度、探頭安裝位置以及料倉(cāng)壁面材料對(duì)信號(hào)衰減的影響。研究發(fā)現(xiàn)，超聲振動(dòng)信號(hào)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(cāng)壁厚度影響的情況下，通過(guò)料倉(cāng)壁進(jìn)行傳播的超聲振動(dòng)信號(hào)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(duì)料位的測(cè)量越準(zhǔn)確；隨著物料粒徑的減小，堆積密度的增大，物料對(duì)內(nèi)構(gòu)件表面超聲振動(dòng)能量的吸收越大，超聲振動(dòng)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??；發(fā)射探頭與接收探頭在料倉(cāng)軸向同側(cè)時(shí)，接收探頭接收到的超聲振動(dòng)信號(hào)能量要明顯大于兩探頭分別位于料倉(cāng)軸向兩側(cè)的情況。 (3)以靜態(tài)料位預(yù)測(cè)模型為基礎(chǔ)，獲得了顆粒狀物料動(dòng)態(tài)料位預(yù)測(cè)模型，實(shí)現(xiàn)了對(duì)顆粒狀物料動(dòng)態(tài)高度的非侵入式檢測(cè)。 以氣固流化

5、床為例，定量考察了氣速變化對(duì)通過(guò)床壁傳播的振動(dòng)信號(hào)衰減的影響。研究發(fā)現(xiàn)，超聲振動(dòng)沿流化床床壁的傳播過(guò)程中，其衰減趨勢(shì)的影響因素與靜態(tài)料倉(cāng)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(chǔ)罐的外表面，揭示了液位高度與超聲振動(dòng)能量之間的定量關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了對(duì)密閉液體儲(chǔ)罐的超聲非侵入式液位檢測(cè)。 以水為例，定量考察了液位高度與超聲脈沖信號(hào)

6、之間的關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于發(fā)射探頭發(fā)射出的脈沖信號(hào)，接收探頭所采集的信號(hào)分為三個(gè)部分，其中的主峰信號(hào)的歸一化能量隨著液位高度呈波動(dòng)變化；位于液位高度上方和下方的接收探頭所采集信號(hào)的積分強(qiáng)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(hào)的積分強(qiáng)度比例有大幅提高；當(dāng)發(fā)射探頭發(fā)射共振信號(hào)時(shí)，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(hào)的強(qiáng)度也有巨大差異，通過(guò)這三種差異可以分別獨(dú)立進(jìn)行非侵入式液位檢測(cè)。研究同時(shí)發(fā)現(xiàn)，在接收探頭