CN107830909A - 用于雷达料位计的冷却吹扫装置及料位检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于雷达料位计的冷却吹扫装置及料位检测系统，该冷却吹扫装置包括：带有流量调节阀和第一开口且安装于密封容器上的第一支路；带有减压阀和第二开口且安装于密封容器的侧壁上的第二支路；与第一和第二支路的进气口相连的干路，以接收气体；差压变送器，其两个测压口分别与第一和第二开口相连；与差压变送器、流量调节阀相连的控制器。该控制器能够根据差压变送器的检测值来调整流量调节阀的开度，不仅使第一支路的出气口冷却并吹扫雷达料位计的收发端，以降低该密封容器内高温脏湿有压的气体对雷达料位计的影响，而且还使第一支路的出气口的压力变化与密封容器内的压力变化正相关，以达到降低能耗的目的。
Description
技术领域
本发明属于料位检测技术领域，具体涉及一种用于密封容器内料位的检测装置及料位检测系统。
背景技术
雷达料位计通过从雷达天线发射高频脉冲，以光速在空间传播，到达被测物体反射回来到，通过脉冲传播所需的时间检测距离和料位。传统雷达料位计应用非常广泛，且检测效果较佳，但对高温脏湿有压密封容器(例如反应罐或反应釜等)内的物料进行料位检测时，由于密封容器内的温度高、灰尘大且湿度大，导致其极易干扰雷达料位计的检测，影响雷达料位计的检测精度。
为克服上述缺点，传统解决方案是利用冷却吹扫装置的冷气恒压地吹扫雷达料位计的收发端，以降低高温脏湿有压的气体对雷达料位计的影响。但是，冷却吹扫装置忽略了该密封容器内的压力波动对冷却吹扫装置的干扰，当密封容器的内压升高时，由于该冷却吹扫装置的扫吹强度(对雷达料位计进行冷却和扫吹的出气口的输出压力)不变，使得进入密封容器的气体量瞬间下降，迫使其冷却和扫吹效果骤降，甚至无法保证雷达料位计的检测精度；而当密封容器的内压下降时，又由于该冷却吹扫装置的扫吹强度仍旧不变，使得进入密封容器的气体量瞬间上升，但雷达料位计的扫吹根本不需如此之多气体，导致大量多余气体进入密封容器内，极其浪费能源。
发明内容
针对以上全部或部分问题，本发明的目的是提供一种用于雷达料位计的冷却吹扫装置及包含该冷却吹扫装置的料位检测系统，该冷却吹扫装置不仅使第一支路的出气口能冷却并吹扫雷达料位计的收发端，以降低该密封容器内高温脏湿有压的气体对雷达料位计的影响，而且还使第一支路的出气口的压力变化与密封容器内的压力变化正相关，以达到降低能耗的目的。
根据本发明的第一方面，提供了一种用于雷达料位计的冷却吹扫装置，其中雷达料位计安装于在密封容器的顶部，该冷却吹扫装置包括：带有流量调节阀的第一支路，第一支路的出气口安装于密封容器的顶部，在第一支路上设有比流量调节阀更靠近其出气口的第一开口；带有减压阀的第二支路，第二支路的出气口安装于密封容器的侧壁上，并在第二支路上设有比减压阀更靠近其出气口的第二开口；干路，干路的进气口用于接收气体，而其出气口与第一和第二支路的进气口同时相连；差压变送器，差压变送器的两个测压口分别与第一开口和第二开口相连；控制器，该控制器与差压变送器、流量调节阀相连。其中，该控制器设置成能够根据差压变送器的检测值来调整流量调节阀的开度，使第一支路的出气口能冷却并吹扫雷达料位计的收发端，并且使第一支路的出气口的压力变化与密封容器内的压力变化正相关。
进一步地，所述控制器设置成能够根据所述差压变送器的检测值基于比例控制算法、PI控制算法、PD控制算法或PID控制算法来调整所述流量调节阀的开度。
进一步地，所述冷却吹扫装还包括设置在干路上且与所述控制器相连的电磁截止阀，所述控制器能周期性地打开和关闭所述电磁截止阀，并在每次打开所述电磁截止阀时根据偏差信号e通过比例控制算法、PI控制算法、PD控制算法或PID控制算法调整所述流量调节阀的开度，而在每次关闭所述电磁截止阀时基于压差补正值P补的计算式来获得压差补正值P补；
所述压差补正值P补的计算式是：
P补＝P’测-P”测
其中，P’测为所述差压变送器在关闭所述电磁截止阀前所得的检测值；P”测为所述差压变送器在关闭所述电磁截止阀后所得的检测值；
所述偏差信号e的计算公式包含：
当首次打开所述电磁截止阀时，e＝P测-P理；及
当在除首次之外再次打开所述电磁截止阀时，e＝P测-P理-P补；
其中，P测为所述差压变送器实时的检测值；P理为设定值；P补为压差补正值。
进一步地，所述控制器选用的传递函数是：
其中，u为流量调节阀的开口比例；e为偏差信号；KP为比例系数；TI为积分时间常量；TD为微分时间常量；u0为控制常量；t为时间。
进一步地，所述冷却吹扫装还包括设于所述第一支路上且位于所述第一开口和流量调节阀之间的第一自力式流量调节阀，以及设于所述第二支路上且位于所述第二开口和减压阀之间的第二自力式流量调节阀。
进一步地，所述冷却吹扫装还包括设于所述第一支路上且位于其出气口和所述第一自力式流量调节阀之间的第一流量计，以及设于所述第二支路上且位于其出气口与所述第二自力式流量调节阀之间的第二流量计。
进一步地，所述冷却吹扫装还包括设于所述第一支路上且位于其第一开口和所述第一流量计之间的第一逆止阀，以及设于所述第二支路上且位于其第二开口与所述第二流量计之间的第二逆止阀。
进一步地，所述冷却吹扫装还包括设于所述第一支路上且位于其出气口和所述第一开口之间的第一截止阀，以及设于所述第二支路上且位于其出气口与所述第二开口之间的第二截止阀。
进一步地，所述第二支路的出气口高于所述密封容器的最大容积标示线。
根据本发明的第二方面，提供了一种料位检测系统，该料位检测系统用以检测密封容器内的料位，并包含安装于在密封容器的顶部的雷达料位计和根据本发明第一方面所述的用于该雷达料位计的冷却吹扫装置。
根据本发明的用于雷达料位计的冷却吹扫装置和包含该冷却吹扫装置的料位检测系统，其控制器都能够根据差压变送器的检测值来调整流量调节阀的开度，不仅使第一支路的出气口能冷却并吹扫雷达料位计的收发端，以降低该密封容器内高温脏湿有压的气体对雷达料位计的影响，而且还使第一支路的出气口的压力变化与密封容器内的压力变化正相关，以达到降低能耗的目的。
同时，该冷却吹扫装置的差压变送器通过有压的第一和第二支路来间接地检测二者出气口之间的压差，能够有效避免密封容器内高温脏湿有压的气体干扰差压变送器的检测精度。
此外，该冷却吹扫装置的结构简单，制造方便，使用安全可靠，便于实施推广应用。
附图说明
下面结合附图详细说明本发明。通过结合以下附图所作的详细描述，本发明的上述或其他方面的内容将变得更清楚和更容易理解。附图中：
图1显示了根据本发明的物料检测系统和现有的密封容器。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。
图1显示了根据本发明的物料检测系统和现有的密封容器。如图1所示，物料检测系统包含雷达料位计300和冷却吹扫装置100，其中雷达料位计300安装于在密封容器200的顶部，冷却吹扫装置100用于冷却并吹扫雷达料位计300的收发端(即接收和发射端)，以降低高温脏湿有压的气体对雷达料位计300的影响。该冷却吹扫装置100主要包括带有流量调节阀16的第一支路1和带有减压阀27的第二支路2，以及干路3、差压变送器5和控制器6。
第一支路1的出气口1a安装于密封容器200的顶部，且在第一支路1上设有比流量调节阀16更靠近其出气口1a的第一开口1c。在图1所示的优选实施例中，雷达料位计300通过法兰接管可拆卸地安装在密封容器200的顶部上，第一支路1的出气口1a也可拆卸地安装在该法兰接管上，以用于冷却且吹扫雷达料位计300的收发端。若选用的雷达料位计300可以连接第一支路1的出气口1a的话，那么第一支路1的出气口1a也可同时连接上述法兰接管和雷达料位计300。不难理解，雷达料位计300和第一支路1也可通过其他常规方式来安装密封容器200的顶部，例如可选螺纹连接或卡接等常规连接方式。
第二支路2的出气口2a安装于密封容器200的侧壁上，且在第二支路2上设有比减压阀27更靠近其出气口2a的第二开口2c。在图1所示的优选实施例中，该第二支路2的出气口2a也可通过法兰连接、螺纹等常规管道连接方式连接在密封容器200的侧壁上。事实上，当密封容器200的物料面高于该第二支路2的出气口2a时，物料有可能进入该出气口2a内而影响该冷却吹扫装置100的使用，所以使用时物料不应超过该出气口2a的高度，一个最好解决办法是将所该第二支路2的出气口2a设置成高于密封容器200的最大容积标示线，该最大容积标示线通常是由密封容器200的生产商标定的，若没有，最大容积标示线一般可认为位于密封容器200的8/10-9/10倍高度位置。
干路3的进气口可用于接收气体，而其出气口与第一支路1的进气口1b和第二支路2的进气口2b同时相连。干路3的进气口一般与冷气源(例如氮气罐)相连，用以接收冷却气体。优选地，该冷却吹扫装置100还包括设于干路3上的电磁截止阀38，以实现干路3的开关。
差压变送器5的两个测压口分别与第一开口1c和第二开口2c相连，用于检测第一支路1的出气口1a和第二支路2的出气口2a之间的压差，即压差变送器5的检测值。其中，第二支路2的出气口2a靠近物料面而远离雷达料位计300，故该出气口2a的压力变化近似于物料面附近的压力变化，可直接反应密封容器200内的平均压力变化，而第一支路1的出气口1a靠近雷达料位计300而远离物料面，故其压力变化近似于雷达料位计300的收发端附近的压力变化。
控制器6与差压变送器5、流量调节阀16相连。其中，该控制器6可包括可编程逻辑控制器(如PLC或CPU)、存储器和与可编程逻辑控制器相连的电子元件等，属于本领域技术人员熟知的，在此不再详述。该控制器6设置成能够基于差压变送器5的检测值来调整流量调节阀16的开度，不仅使第一支路1的出气口1a能冷却并吹扫雷达料位计300的收发端，以降低该密封容器200内高温脏湿有压的气体对雷达料位计300的影响，而且还使第一支路1的出气口1a的压力变化与密封容器200内的压力(即压力平均值或物料面附近的压力)变化正相关(同增同减)，以达到降低能耗的目的。
事实上，控制器6基于差压变送器5的检测值通过比例控制算法、PI控制算法(比例控制与积分控制的结合)、PD控制算法(比例控制与微分控制的结合)或PID控制算法(比例控制、积分控制和微分控制的结合)来调整所述流量调节阀的开度。控制算法的原理是预设一个第一支路1的出气口1a和第二支路2的出气口2a之间的理想压差P理，然后根据差压变送器5的检测值调整流量调节阀16的开度，使得第一支路1的出气口1a和第二支路2的出气口2a之间的压差逐渐趋近于理想压差P理，这既可以保证第一支路1的出气口1a能有效冷却并吹扫雷达料位计的收发端，以降低该密封容器内高温脏湿有压的气体对雷达料位计300的影响，又可以保证第一支路1的出气口1a的压力变化与密封容器200内的压力变化正相关，以达到降低能耗的目的。
在该实施例中，控制器6能周期性地打开和关闭电磁截止阀38，并在每次打开电磁截止阀38时根据偏差信号e通过比例控制算法、PI控制算法、PD控制算法或PID控制算法来调整流量调节阀16的开度，而在每次关闭电磁截止阀38时基于压差补正值P补的计算式来获得压差补正值P补。
压差补正值P补的计算式是：
P补＝P’测-P”测 (式1)
其中，P’测为差压变送器5在关闭电磁截止阀38前所得的检测值；P”测为差压变送器5在关闭电磁截止阀38后所得的检测值；
偏差信号e的计算公式包含：
当首次打开电磁截止阀38时，e＝P测-P理 (式2)
当在除首次之外再次打开电磁截止阀38时，e＝P测-P理-P补(式3)
其中，P测为差压变送器5实时的检测值；P理为设定值；P补为压差补正值。
事实上，偏差信号e的计算式可直接采用式2，即无论哪一次打开电磁截止阀都是式2。但若密封容器的内压可因物料持续向外输出等原因引起不稳定，那么偏差信号e的计算式仅采用式2远远不及采用式3和式2的结合，毕竟式3和式2的结合能够达到进一步降低能耗的目的。
控制器6选用的传递函数是：
其中，u为流量调节阀的开口比例；e为偏差信号；KP为比例系数；TI为积分时间常量；TD为微分时间常量；u0为控制常量；t为时间。KP、TI、TD、和u0需要根据具体应用进行设定，属于本领域的常识，也可根据实验获得，在此不再赘述。
在该实施例中，该冷却吹扫装置100还包括设于第一支路1上且位于第一开口1c和流量调节阀16之间的第一自力式流量调节阀15，以及设于第二支路2上且位于第二开口2c和减压阀27之间的第二自力式流量调节阀25。发明人竭尽心力地发现:差压变送器5对密封容器200内压差的检测容易被不稳定输出的冷气源所干扰，故使用上述自力式流量调节阀来稳定各支路的内压，以避免输出不稳的冷气源直接影响或干扰差压变送器5的检测。
在该实施例中，该冷却吹扫装置100还包括设于第一支路1上且位于其出气口1a和第一自力式流量调节阀15之间的第一流量计14和设于第二支路2上且位于其出气口2a与第二自力式流量调节阀25之间的第二流量计24。第一流量计14和第二流量计24用于监测对应支路的气体流量，用以核查该冷却吹扫装置100的运行状况，比如判断故障等。由于第一流量计14位于第一自力式流量调节阀15的下游，故其可以稳定监测第一支路1的流量，以避免其受到输出不稳的冷气源的干扰，进而大幅度降低故障误判的概率。同理，第二流量计24也具有第一流量计14相同的功效。
在该实施例中，该冷却吹扫装置100还包括设于第一支路1且位于其第一开口1c与第一流量计14之间的第一逆止阀12，以及设于第二支路2上且位于其第二开口2c与第二流量计24之间的第二逆止阀22。第一和第二逆止阀12，22可在不干扰该冷却吹扫装置100正常运行的条件下保护位于其上游的阀和仪表等产品。
在该实施例中，该冷却吹扫装置100还包括设于第一支路1上且位于其出气口1a和第一开口1c之间的第一截止阀11，以及设于第二支路2上且位于其出气口2a与第二开口2c之间的第二截止阀21。其中，第一截止阀11和第二截止阀21主要用于关闭或打开相对支路，以便各支路的拆装、检修等。第一和第二截止阀11，21皆可选为手动控制阀，但优选为与控制器6相连的电磁阀，以进一步提高该冷却吹扫装置100的自动化控制程度。
综上可知，该冷却吹扫装置100的控制器6能够基于差压变送器5的检测值来调整流量调节阀16的开度，不仅使第一支路1的出气口1a能冷却并吹扫雷达料位计300的收发端，以降低该密封容器200内高温脏湿有压的气体对雷达料位计300的影响，而且还使第一支路1的出气口1a的压力变化与密封容器200内的压力变化正相关，以达到降低能耗的目的。
在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。
上述具体实施方式/实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案，都在本发明的保护范围之内。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
Claims (10)
1.一种用于雷达料位计的冷却吹扫装置，其中所述雷达料位计安装于在密封容器的顶部，其特征在于，所述冷却吹扫装置包括：
带有流量调节阀的第一支路，所述第一支路的出气口安装于所述密封容器的顶部，在所述第一支路上设有比所述流量调节阀更靠近其出气口的第一开口；
带有减压阀的第二支路，所述第二支路的出气口安装于所述密封容器的侧壁上，在所述第二支路上设有比所述减压阀更靠近其出气口的第二开口；
干路，所述干路的进气口用于接收气体，而其出气口与所述第一和第二支路的进气口同时相连；
差压变送器，所述差压变送器的两个测压口分别与第一开口和第二开口相连；
控制器，所述控制器与差压变送器、流量调节阀相连；
其中，所述控制器设置成能够根据所述差压变送器的检测值来调整所述流量调节阀的开度，使所述第一支路的出气口能冷却并吹扫所述雷达料位计的收发端，并且使所述第一支路的出气口的压力变化与所述密封容器内的压力变化正相关。
2.根据权利要求1所述的冷却吹扫装置，其特征在于，所述控制器设置成能够根据所述差压变送器的检测值基于比例控制算法、PI控制算法、PD控制算法或PID控制算法来调整所述流量调节阀的开度。
3.根据权利要求2所述的冷却吹扫装置，其特征在于，还包括设置在干路上且与所述控制器相连的电磁截止阀，所述控制器能周期性地打开和关闭所述电磁截止阀，并在每次打开所述电磁截止阀时根据偏差信号e通过比例控制算法、PI控制算法、PD控制算法或PID控制算法调整所述流量调节阀的开度，而在每次关闭所述电磁截止阀时基于压差补正值P补的计算式来获得压差补正值P补；
所述压差补正值P补的计算式是：
P补＝P’测-P”测
其中，P’测为所述差压变送器在关闭所述电磁截止阀前所得的检测值；P”测为所述差压变送器在关闭所述电磁截止阀后所得的检测值；
所述偏差信号e的计算公式包含：
当首次打开所述电磁截止阀时，e＝P测-P理；及
当在除首次之外再次打开所述电磁截止阀时，e＝P测-P理-P补；
其中，P测为所述差压变送器实时的检测值；P理为设定值；P补为压差补正值。
4.根据权利要求3所述的冷却吹扫装置，其特征在于，所述控制器选用的传递函数是：
<mrow>
<mi>u</mi>
<mo>=</mo>
<msub>
<mi>K</mi>
<mi>p</mi>
</msub>
<mo>&lsqb;</mo>
<mi>e</mi>
<mo>+</mo>
<mfrac>
<mn>1</mn>
<msub>
<mi>T</mi>
<mi>I</mi>
</msub>
</mfrac>
<msubsup>
<mo>&Integral;</mo>
<mn>0</mn>
<mi>t</mi>
</msubsup>
<mi>e</mi>
<mi>d</mi>
<mi>t</mi>
<mo>+</mo>
<msub>
<mi>T</mi>
<mi>D</mi>
</msub>
<mfrac>
<mrow>
<mi>d</mi>
<mi>e</mi>
</mrow>
<mrow>
<mi>d</mi>
<mi>t</mi>
</mrow>
</mfrac>
<mo>&rsqb;</mo>
<mo>+</mo>
<msub>
<mi>u</mi>
<mi>o</mi>
</msub>
</mrow>
其中，u为流量调节阀的开口比例；e为偏差信号；KP为比例系数；TI为积分时间常量；TD为微分时间常量；u0为控制常量；t为时间。
5.根据权利要求1到4中任一项所述的冷却吹扫装置，其特征在于，还包括设于所述第一支路上且位于所述第一开口和流量调节阀之间的第一自力式流量调节阀，以及设于所述第二支路上且位于所述第二开口和减压阀之间的第二自力式流量调节阀。
6.根据权利要求5所述的冷却吹扫装置，其特征在于，还包括设于所述第一支路上且位于其出气口和所述第一自力式流量调节阀之间的第一流量计，以及设于所述第二支路上且位于其出气口与所述第二自力式流量调节阀之间的第二流量计。
7.根据权利要求6所述的冷却吹扫装置，其特征在于，还包括设于所述第一支路上且位于其第一开口和所述第一流量计之间的第一逆止阀，以及设于所述第二支路上且位于其第二开口与所述第二流量计之间的第二逆止阀。
8.根据权利要求1到4中任一项所述的冷却吹扫装置，其特征在于，还包括设于所述第一支路上且位于其出气口和所述第一开口之间的第一截止阀，以及设于所述第二支路上且位于其出气口与所述第二开口之间的第二截止阀。
9.根据权利要求1到4中任一项所述的冷却吹扫装置，其特征在于，所述第二支路的出气口高于所述密封容器的最大容积标示线。
10.一种料位检测系统，其特征在于，所述料位检测系统用以检测密封容器内的料位，其包含安装于在所述密封容器的顶部的雷达料位计和根据权利要求1到9任一项所述的用于该雷达料位计的冷却吹扫装置。
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