摘 　 要： 本文設計一種基于微壓變送器的連續自動(dòng)檢測裝置，可以實(shí)現被測液體介質(zhì)密度的連續在線(xiàn)檢測，并介紹裝置結構及檢測原理。

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。物質(zhì)的密度不易直接精que連續地檢測出，對于液體物質(zhì)來(lái)說(shuō)，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(guò)測量得出相關(guān)的量數值的大小，在ＤＣＳ （或 ＰＬＣ ）模擬量運算中建立一元函數的數學(xué)模型，就可以計算出被測物質(zhì)密度的值。這種測量方式可以實(shí)現連續在線(xiàn)的自動(dòng)檢測，可以在大規模連續生產(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(cháng)，#大的缺陷是無(wú)法實(shí)現連續在線(xiàn)自動(dòng)檢測，在工業(yè)化大規模連續生產(chǎn)中無(wú)法推廣和普及。為了實(shí)現物質(zhì)密度的連續自動(dòng)準確地測量，可以通過(guò)比值儀來(lái)檢測出物質(zhì)的百分含量，然后再根據物質(zhì)的百分含量與密度的函數關(guān)系計算出密度。從經(jīng)濟角度來(lái)看，無(wú)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，在后續的使用中還會(huì )產(chǎn)生費用，這讓很多企業(yè)難以接受。從技術(shù)角度來(lái)看，紅外法在測量部分介質(zhì)的過(guò)程中還需要用水來(lái)稀釋?zhuān)瑫?huì )產(chǎn)生系統誤差，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、可以連續自動(dòng)在線(xiàn)檢測密度的儀器是廣大工程技術(shù)人員面前的課題。

１ 檢測裝置設計

由于液體的易流性和不可拉性，靜止的液體內部沒(méi)有拉應力和切應力，只能有壓應力，即壓強。根據壓強公式ｐ ＝ ρ ｇ ｈ ，重力加速度 ｇ 是個(gè)定值，當高度 ｈ 是定值時(shí)，被測介質(zhì)密度 ρ 和壓強 Ｐ 呈線(xiàn)性的函數關(guān)系。檢測裝置設計如圖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(lái)的被測介質(zhì)流入回收罐中，回收罐底安裝有液位計，操作人員根據液位開(kāi)啟回收液泵，把回收液打回工藝管道。溢流圍堰的結構尺寸如圖２所示。

溢流圍堰內從工藝管線(xiàn)流出的被測液體介質(zhì)所產(chǎn)生的壓強 Ｐ 值可以通過(guò)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(guò)溢流口的刻度測量得出。由 ｐ ＝ ρ ｇ ｈ 可以推導出 ρ ＝ ｐ ／ ｇ ｈ ， ｈ ＝ ｈ １ ＋ ｈ ２ ，則密度 ρ＝ ｐ ／（ ｈ １ ＋ ｈ ２ ） ｇ ， ｐ 的值通過(guò)測量和 ＤＣＳ 采集處理是已知的， ｇ 為常數， ｈ１ 的值是溢流圍堰板的高度，也是已知量， ｈ２ 的值可以通過(guò)溢流圍堰口刻度測量得出。計算部分可以在 ＤＣＳ 或 ＰＬＣ 的模擬量運算中通過(guò)建立一元函數的數學(xué)模型來(lái)實(shí)現，計算結果就是被測液體介質(zhì)的密度。當流進(jìn)溢流圍堰的流量穩定時(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)境溫度應固定。溢流圍堰采用３１６或３０４材質(zhì)。應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小于１．５ｃｍ ，被測液體介質(zhì)從管道中流出時(shí)的落點(diǎn)應避開(kāi)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計成由外側向內成 ≤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誤差。

３ 結語(yǔ)

該設計方案從實(shí)際應用出發(fā)，投入低，能夠實(shí)現被測液體介質(zhì)密度的連續在線(xiàn)檢測。在線(xiàn)檢測裝置的投運極大減輕了人工取樣檢測的勞動(dòng)強度，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(guò)程中液體被測介質(zhì)處于開(kāi)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(chǎng)所。

 

 

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