探析非侵入式超声物位检测方法的实验研究

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1、浙江大学硕士学位论文非侵入式超声物位检测方法的实验研究姓名：刘诚午申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：阳永荣;王靖岱20060601浙江大学硕士学位论文(2006)摘要针对全封闭高压反应器以及盛装危险液体的密闭储罐，料位及液位的实时准确检测对于优化生产操作参数，增加生产过程的安全系数，保证装置长周期运行，增加产量，提高反应过程的监测水平等都是必不可少的。而当前的料位／液位检测方法由于其检测原理自身缺陷的限制，需要侵入被测反应器或储罐内部，并不是本质安全的检测方法。因此，开发一种非侵入式的料位／液位检测方法具有重要

2、的实用价值，富有挑战性，成为本文的主要任务。本研究论文以发射式超声波检测分析为手段，利用辐射阻尼原理，系统考察了颗粒状物料的静态料位和动态料位与沿储仓壁面传播的超声振动信号的衰减关系，分别建立了颗粒状物料静态料位和动态料位预测模型。同时将辐射阻尼原理、脉冲透射衰减原理和超声共振原理结合，揭示了由密闭储罐表面发射的超声振动信号变化与液位高度的定量关系。本论文的主要创新工作包括：(1)基于辐射阻尼原理，建立了静态料位预测模型，实现了对密闭料仓料位的高精度非侵入式检测。文中以由料仓底部发射的超声振动信号为考察对象，信号经料仓

3、壁面的材料阻尼衰减和对料仓内物料进行能量辐射后，能量衰减与料仓内物料高度成一定量关系，基于此，即建立了静态料位预测模型。以聚乙烯颗粒的料位检测为例，系统考察了振动传递介质、发射探头功率、被测物料堆积密度、探头安装位置以及料仓壁面材料对信号衰减的影响。研究发现，超声振动信号随料位高度增加而衰减，且初始阶段的衰减斜率比后段的斜率要大；在不考虑料仓壁厚度影响的情况下，通过料仓壁进行传播的超声振动信号能量衰减较小；发射探头的发射功率越大，能量衰减越迅速，对料位的测量越准确；随着物料粒径的减小，堆积密度的增大，物料对内构件表面超

4、声振动能量的吸收越大，超声振动沿内构件表面传播的衰减也随之增大，接收探头接收到的能量就越小；发射探头与接收探头在料仓轴向同侧时，接收探头接收到的超声振动信号能量要明显大于两探头分别位于料仓轴向两侧的情况。(3)以静态料位预测模型为基础，获得了颗粒状物料动态料位预测模型，实现了对颗粒状物料动态高度的非侵入式检测。浙江大学硕士学位论文(2006)以气固流化床为例，定量考察了气速变化对通过床壁传播的振动信号衰减的影响。研究发现，超声振动沿流化床床壁的传播过程中，其衰减趋势的影响因素与静态料仓中的影响因素是相同的，并不受流化床

5、内表观气速的影响。(4)利用超声辐射原理、脉冲透射衰减原理和超声共振原理，将发射探头与接收探头均耦合在液体储罐的外表面，揭示了液位高度与超声振动能量之间的定量关系，实现了对密闭液体储罐的超声非侵入式液位检测。以水为例，定量考察了液位高度与超声脉冲信号之间的关系。研究发现，对于发射探头发射出的脉冲信号，接收探头所采集的信号分为三个部分，其中的主峰信号的归一化能量随着液位高度呈波动变化；位于液位高度上方和下方的接收探头所采集信号的积分强度比例相比于同在液位上方或同在液位下方的两接收探头采集信号的积分强度比例有大幅提高；当发

6、射探头发射共振信号时，由于液体与固体在声能的吸收上存在不同，较透射共振信号的强度也有巨大差异，通过这三种差异可以分别独立进行非侵入式液位检测。研究同时发现，在接收探头低于液位高度时，发射探头的位置对检测结果并没有明显的影响；当接收探头高于液位高度时，接收探头从顶部发射探头处接收到的信号能量要远大于从底部发射探头肌接收到的能量。由于储罐材料的声阻不同，从不锈钢储罐外表面采集的振动信号强度要明显大于在有机玻璃中的振动能量。关键词：料位，液位，料仓，流化床，储罐，聚乙烯，超声，辐射阻尼，脉冲透射，超声共振浙江大学硕士学位论文

7、(2006、AbstractReal—timeaccuratelevelgaugingforhighpressureclosereactorlikefluidized—bedandclosetankwithdangerousliquidisnecessaryforchemicalprocesstooptimizeoperationparameters，toprolongproducingcycle，toensureprocesssafetyandtoincreaseoutputThewildusedlevelgaugi

8、ngsystemsarenotessentiallysafe，becausetheirdetectingprinciplesneedintrusiveprobes．So，anovelnon-intrusivelevelgaugingmethodisneeded．Thisdissertationnseultrasonicwaveas