一种可靠的粉末和液体液位测量解决方案

测量料仓，筒仓和其他类型容器中的粉末和散装液体水平具有重大挑战。这些包括材料表面的形状，材料特性，内部容器结构，填充和排出速率，容器尺寸，堆积密度变化，容器内的灰尘（特别是在填充期间）等。其中一些挑战涉及将距离或水平测量转换为体积或重量。其他人则挑战所选择的液位测量技术的可靠性。本文将回顾一种已成功应对许多这些挑战的特定技术，尤其适用于与粉末液位测量相关的挑战。

较适合液体的技术
基于智能电缆的传感器，雷达液位计，通过空中雷达，超声波，激光，电容，绳索，岩石和卷尺测量仪都可以用于测量粉末的水平或容器中的其他散装液体。将正确的技术与特定应用相匹配以产生可靠且合理准确的测量有时是难以捉摸的，并且在某些情况下与科学一样多。
    所提到的每种技术都提供优点，缺点，不同的价格点，不同的拥有成本。据报道，一种技术越来越受到各种行业用户的广泛认可，是雷达液位计。Venture Development Corp.（VDC）1较近在其关于全球过程液位测量和库存储罐计量市场的白皮书中报告说，雷达液位计是液体应用中连续液位测量技术的第四大部分。此外，VDC报告称，雷达液位计（也称为时域反射计或TDR）是增长较快的技术领域。液体应用中的增长率和日益普及是有充分理由的。正如您将看到的那样，当从液体到重物的应用中检查真实世界的例子时，它的工作原理，

雷达液位计 - 为什么会起作用
自20世纪90年代初以来，使用微波（雷达）测量粉末和液体颗粒的水平在技术上不断发展并越来越受欢迎。微波的使用已经进入了水平测量领域的主流。其中一个原因是“因为微波几乎不受温度，压力和大气成分等工艺条件的影响”，正如2004年7月关于雷达设备的文章所述。
     雷达液位计设备测量发射雷达信号向材料表面的飞行时间及其反射回仪器的反射。测量的飞行时间与液位测量仪器和材料表面之间的开放空间距离直接相关。无论填充过程中的灰尘，容器结构和大多数材料特性，雷达液位计设备都能提供多年可靠且无故障的操作，在测量散装液体的应用中，测量精度可低至0.3英寸。
    基于微波的物位测量装置的一个挑战是测量低介电材料。雷达波被发射到船舶大气中。一旦它们接触到介电常数（材料表面）的变化，就会反射一定量的雷达能量。然而，有些人被吸收了。材料的电介质越低，吸收的雷达能量越多，反射量越低。正如一家制造商在关于雷达技术的网站FAQ3中所报道的那样，“经验法则是介电常数的值代表反射能量的百分比。因此，直流[介电常数]为8意味着8％的发射能量被反射回发射机。“与通过空中雷达设备相比，雷达液位计设备通常将测量更低的介电材料。这是一个明显的优势。其原因很容易理解。由于雷达液位计单元利用波导来聚焦雷达能量，因此更多的能量被传递到材料表面。来自通过空气技术（通过空中雷达和超声波）的能量从其发射器中分散，并且当与材料表面接触时能量显着降低。采用TDR技术的雷达液位计可以可靠地测量介电常数低至1.4甚至更低的材料。当材料的介电常数保持稳定时尤其如此。
    除了使用直接测量技术之外，还可以使用底部反射技术测量低介电材料。在底部反射模式中，雷达脉冲沿着电缆探头（波导）向下引导并穿过低介电材料。然后它们反射掉连接在电缆探头底部的配重。然后将从底部到材料反射的飞行时间与通过空气的飞行时间进行比较。通过材料的反射时间将更长，并且差异与材料的水平有关。
    具有TDR的雷达液位计具有优于通风技术的其他优点，包括消除与“通过容器壁和内部容器障碍物（例如管道，喷嘴，梯子等）”的通过空气发射能量的反射率相关的问题。正如2003年3月的一篇文章所述。表1说明了使用TDR技术的雷达液位计设备与其他常用技术相比的一些优势。由于这些优点，雷达液位计通常是粉末和其他散装液体材料的较佳选择。我们来看一个示例应用程序。

测量水泥粉末的含量
水泥粉末是制造混凝土的关键因素之一。混凝土是必不可少的建筑材料，并且以各种方式使用。混凝土以批量工艺制造，并且每批可具有略微不同的性质，这些性质涉及强度，聚集量，颜色和可能对预期用途重要且特定的其他性质。
     用于生产混凝土的制造设施通常称为混凝土批处理设备。仅在北美就有许多种植物和数万种植物。水泥粉除了是混凝土中的关键成分外，也是一种昂贵的成分。跟踪储存仓中使用和保留的水泥量会影响混凝土批次工厂的生产率和较终盈利能力。
    Batavia Concrete位于伊利诺伊州蒙哥马利，是伊利诺斯州北部Prairie Materials运营的众多混凝土批量工厂之一。像大多数混凝土工厂一样，巴达维亚使用水泥和粉煤灰作为配料。当材料处于高水平或低水平时，点水平箱指示器告诉Batavia人员，他们不知道在任何给定时间他们在存储箱中留下了多少材料。他们需要一种更好的方法来提高效率。
    在审查了Monitor Technologies LLC的提案后，Batavia Concrete选择安装两台Monitor的Flexar雷达液位计连续液位测量传感器。这些是在2005年12月安装的。
Batavia Concrete使用由宾夕法尼亚州伊利的Erie Strayer制造的多室批处理设备。作为Erie多年的供应商，Monitor Technologies熟悉批量工厂和料箱设计。使用的单位是从伊利诺伊州埃尔本的设施制造和运输，并使用2英寸安装。现有屋顶结构上的ANSI法兰。
    两个单元都在大约34英尺高的箱子里。水泥粉末的介电常数可以在1.5至2.5之间。飞灰在1.5的区域内也可以具有相对低的介电常数。此外，水泥和飞灰容器都是气动填充的。这会在填充过程中产生大量灰尘 在放电期间也存在灰尘。虽然粉煤灰可以轻到35-45磅/立方英尺，但水泥粉末相当重，通常在85-95磅/立方英尺之间。雷达液位计电缆探头设计用于在材料中承受高达近4吨的拉力排出。像这种设计的雷达液位计可以处理总高度高达100英尺的水泥粉末等应用。
    在水泥粉末和飞灰中使用雷达液位计技术的结果是示例性的。Batavia Concrete的Fred Thompson自安装以来就对此解决方案感到满意。“填充周期中的观察非常好，”他说。“雷达液位计装置不会跳过一个节拍，即使气动填充过程中有大量的灰尘。”

在饲料产品应用中测量乳清
乳清通常是奶酪制造过程中的副产品。乳清是与凝乳分离的水状部分。乳清通常富含乳糖，矿物质和维生素，并含有乳清蛋白和微量脂肪。乳清也被称为原料乳汁和凝固物中产生的含水部分。
    乳清的一个用途是制造用于家畜和家畜的某些类型的饲料产品。乳清也可以加工成干粉形式，具有约1.7的相当低的介电常数，用于食品和饮料工业。
    Socorro是一家工程和咨询公司，专门从事各种行业的自动化项目。Socorro的所有者兼总裁Campbell需要更换一些在德克萨斯州WestwayProducts无法正常工作的液位测量系统。现有的传感器是通过空中雷达设计。然而，由于天线上涂层的影响，它们不能可靠地工作。Socorro和Westway需要一个解决方案。
    虽然乳清粉具有低介电常数，但是在乳酪制造过程中由于挤压干酪凝乳，原料乳清实际上是含水的流体，具有约40-60％的液体含量。乳清的电介质高于干乳清粉的电介质。雷达液位计对于该应用是可接受的，并且电缆上的任何堆积或涂层都没有影响。
    Westway的三个罐中有两个含有乳清，另一个含有另一种液体。两个乳清罐直径28英尺，高32英尺。另一种液体的水箱直径为12英尺，高度为20英尺。乳清从附近的奶酪工厂被泵送到Westway工厂的两个乳清罐中的任何一个。可以循环使用两个乳清罐，并使用高度精确的科里奥利质量流量计对流量进行计量和监控。
    乳清在Westway现场加工，然后泵入卡车运送到饲料生产设施或泵送到当地配料生产设施，在那里干燥以产生类似于干酪的乳清液体。通过将干燥的材料研磨成粉末进一步加工该材料，然后将其储存在用于装袋或散装运输的箱中。
    乳清是一种有价值的商品，可添加到各种动物饲料中。每个乳清罐和另一个液体罐中的液位传感需要可靠和准确。选择雷达液位计是因为它具有耐涂层性和处理相对低介电常数材料的能力。
    在这种情况下，所有三艘船都配备了Monitor Technologies的Flexar雷达液位计装置。他们从一开始就表现得很好。水平读数连接到设施内的Allen-Bradley PanelView系统。装载和卸载乳清罐的整个过程将是自动化的，Flexar雷达液位计装置的水平读数是关键。

结论
作为一种可行，可靠和准确的液位测量技术，雷达液位计（TDR）技术在十多年的时间里已经走过了漫长的道路。当由知名制造商正确应用时，它在粉末和散装液体中几乎是通用的，该制造商了解与粉末和散装液体应用相关的挑战。与较常用的设备相比，它具有技术和应用优势，具有很高的价值