一种基于温度检测的间歇搅拌加热装置的料位在线识别系统，包括与间歇搅拌加热装置相连的温度传感器，温度变送器，微处理器，料位显示液晶屏及监控计算机。所述的监控计算机包括数据采集模块、温度校验模块、料位识别模块、数据显示及存储模块，以及提供了一种利用采集得到的各测温点的温度数据，基于气液相物质热传导率的不同来识别间歇搅拌加热装置的料位的方法。本发明专利技术提供一种针对间歇搅拌加热装置的，基于温度检测的利用温度信号对装置中料位高度进行在线识别的系统及方法。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及エ业过程控制领域，是ー种基于温度检测的间歇搅拌加热装置的料位在线识别系统及方法。
技术介绍
间歇搅拌加热装置在エ业中常用干物料的气液相分离，在过程控制领域有着广泛的应用。间歇搅拌装置由于其效率高、产量大、能耗低、可靠性高等优点而得到了广泛的应用，常被应用于催化剂生产、水泥制造与浙青制造等方面。料位识别对于间歇搅拌加热装置有着重要的意义，正确地识别装置料位，可以防止在进料エ况下，料位过高而溢出。防止在加热エ况下，料位过低而蒸干的事故发生。由于 现场情况与装置的不同需求，开发适合于生产装置与现场环境的料位检测方法非常重要。对于料位检测，常规的方法主要有以压カ传感器等为代表的接触式识别方法与以超声波，激光，电容式传感器为代表的非接触式识别方法。基于压カ传感器的料位识别方法是利用某些可以将压カ信号转化为电流/电压信号的器件，来对装置中压カ信号进行监控，而对于装置内部料位来讲，越向下压カ越大，通过得到的压カ信号来识别装置内部的料位信息。这种方法的优点是占地小，信号明确，精度较高。但是由于是接触式识别方法，对装置内物料要求较高，检测用毛细管易堵塞。基于超声波的料位识别技术(_军.超声波传感器在固体料位检测中的应用.传感器世界，2002，2 16-19)利用了超声波方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的声能，在水中传播距离远等特点而设计开发的。音波发射头能发射一束強烈音波脉冲，当此音波到达物料表面时会有反射波传回发射头，此反射波经由发射头转换成电气信号，然后被送到超音波检测器，由检测器计算音波反射传送时间，再转换成料位或距离。它具有易安装维护、成本效率高，并且能通过模拟或数字接ロ提供快速便捷的料位測量。但是占地较大，成本较高。基于激光测距的物料识别技术(常凤筠，崔旭东.非接触式激光料位检测系统的设计.计量技木，2008,3:13-15):是利用测量激光往返目标所需时间来确定目标距离，使它成为距离检测的主要手段。它可用于危险场所非接触物位測量，測量所有液体和固体的物位，測量精度高，传感器与物料不直接，激光不受光线、物料的影响。但是与超声波料位识别方法相似，需要较大的场地安装激光发送与接收装置，成本也较高。基于电容式传感器的料位识别技术(曲春英，陈颖.实用型料位检测电容传感器的设计.电子兀器件应用，2010,12 :36-38):—般米用圆筒式电容传感器,常用于松散型颗粒状物料和粉料状物料的检测，利用固体与气体具有不同的介电常数，因此可以通过測量外电极与内电极的电容信号来识别料位高度。具有分辨率高、体积小、抗干扰能力強，动态响应快等优点。但是由于需要在装置内部加内电极，对于有搅拌装置的情况就不太适合，并且通常仅适用于对固体的料位检测
技术实现思路
在实际生产操作现场，由于非接触式料位识别方法常占地较大且成本较高。而对于基于压カ传感器的料位识别方法，有时由于装置内部需要压カ保持恒定状态，而且压カ传感器需要与物料相接触，当物料具有强腐蚀性时，会大大缩短压カ传感器使用寿命。本专利技术提出了，可以实时地识别出料位的变化。对于稳定的热传导，有如下公式 ATQ = kA—(I)d 其中Q为单位时间内传导的热量，k为导热系数，A为传热面积，AT为温度差，d为热流的距离。热传导率k是单ー材料的固有特性，描述材料的导热能力。这ー特性与材料的大小、形状或者方位无关。对非単一材料像那些带玻璃丝网或聚合物膜加固物材料，可用相对热传导率进行描述，因为这些材料的热传导率取决于不同材料层的相对厚度和它们相对于热流的方位。另ー个材料固有的热特性是材料的热阻R，由式(2)来表示R =(2)这ー特性是对单位厚度材料阻止热量流动的度量。由式(I)、(2)，整理可得R = -(3)k式(3)说明对于单ー材料，热阻和材料的厚度成正比。对非单一材料，热阻通常随材料厚度的増加而加大，但是可能不是线性关系。热传导率和热阻描述了一旦热量进入某种材料后，它在该材料中的传输，由于实际表面不会是完全的平直和光滑，因此在两个表面的接触面上也能产生对热流的阻力。实际接触出现在高点，而在凹部留下充满空气的空隙，气隙阻碍热量流动，并且迫使更多的热量通过接触点流动。这种结构阻カ是ー种表面接触阻力，在所有接触表面上可以是ー个系数。ー种材料的热阻抗Θ，定义为代表其热阻カ和与接触表面之间的接触阻力之和，见式⑷Θ = R 材料+R 接触(4)表面平直度、表面粗糙度、紧固压力、材料厚度和压缩模数是对接触阻力的主要影响，由于这些表面状况能随实际应用情况而改变，所以ー种材料的热阻抗也将取决于其应用情况。金属的k值最大，非金属次之，液体的k较小，气体的k最小，常见的k值可从手册中(刘光启，马连湘，邢志有.化工物性算图手册.化学エ业出版社，2002)查得。气体的k值最小，是良好的绝热体，有利于保温，绝热。液体与气体的热传导率主要与密度有夫。常温常压下，水的热传导系数为O. 54w/m. k，而空气的热传导系数仅为O. 023w/m. k，两者相差了 20倍，因此可以通过分析装置内各测温点的温度变化趋势来判断液体与气体的分界点，即为料位高度。由以上原理可知，当装置处于进料阶段与进料后内部温度尚未稳定的阶段时，由于进料温度一般比装置内液体温度低较多，会发生热对流现象，料位附近温度将比其他点温度低ー些，而料位上方的气体由于与进料接触时间较短，温度下降较少。此时装置内部的温度特征为料位处温度与周围温度相比要低很多，因此此时可根据各相邻测温点温度差来判断料位所在区间，料位所在的区间的温度差会较大。当装置内部处于稳定状态，如升温阶段与停蒸汽的情况下，此时由于整个装置从上到下各测温点处于稳定状态，各测温点温度差别不大，下方的液体与上方的气体处于相同的加热或自然冷却的情况下，由于液体的热传导率比气体的热传导率大得多，当在相同的温度条件下，由公式(3)可得，热阻A =こ代表着热量在単位距离内阻止热量流动的度量，热阻R是与热传导率k成反比的，因此气体的热阻远大于液体的热阻，即气体中的热量传播会更加有难度，因此在实际加热装置中，在相同的加热条件下，上方的气体的升温会比下方的液体慢，同时由于加热过程伴随着汽化吸热反应，在料位附近温度会有所降低，此时装置内料位高度处的温度特征为上方气体与下方液体的温度都比料位处温度略高，因此可以通过判断温度的拐点来识别料位所在的区间。本专利技术的关键点在于对间歇加热装置的各个エ况进行区分，并识别料位所在区 间。通过对各测温点的温度和进行区分，当温度和下降较大时为进料过程，当温度和缓慢上升时为升温过程，当温度缓慢下降或变化不大时为停蒸汽的情況。当进料过程与升温过程中温度变化剧烈的情况下，由于液位附近与进料直接接触，温度较低，因此取相邻测温点温度差距最大的区间为料位所在区间。当升温过程与停蒸汽的情况下，各测温点之间温度差较小，由于液体与气体的导热系数的不同，对反应器内进行持续加热的过程中，气体的温度的变化率比液体的要慢得多，对各个检测点的温度曲线进行分析，由于进料温度低于装置内物料温度，进料时装置内下半部分的液体温度变化比上半部分的气体温度下降快的多，而气体变化比较缓慢，因此料位附近的温差应该是最大值。当反应器内趋于稳定后，随着温度的逐步升高，液体中不同沸点的成分依次蒸发发生汽本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于温度检测的间歇搅拌加热装置的料位在线识别系统，包括与装置连接的温度传感器，温度变送器，微处理器，料位显示液晶屏，监控计算机，其特征在于：(1)温度传感器由一排等距离分布的铂电阻组成，利用铂电阻的阻值随温度线性变化的特性，将铂电阻的阻值信号传送给温度变送器；(2)温度变送器将温度传感器采集到的阻值信号经过差分放大转换为温度信号并传送至微处理器；(3)微处理器接收来自温度变送器得到的温度信号，并经过A/D转换器转换为数字信号，基于气液物质的热传导率不同以及加热装置内部物理过程的特点，实时识别料位的高度；(4)料位显示液晶屏用于接收微处理器处理得到的料位信号，并实时显示在现场的液晶屏上，方便操作工现场了解装置内部料位高度情况；(5)监控计算机与微处理器用RS？485总线连接，用于在监控室实时监控料位高度及人工验证，显示及存储实时及历史趋势，并可在监控计算机上对温度传感器安装位置及间歇搅拌加热装置的几何参数进行设定与修改。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：赵众，胡川，刘志立，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：
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