音叉密度计在制药、化工、酿酒行业上的应用

沃克尔公司致力于密度、浓度测量仪表的研发和制造。经过多年研究试验，开发出实时在线检测溶液密度、酒精浓度的在线密度计（浓度计）。

音叉在线式密度（浓度）传感器是一款基于振动原理的高精度密度（浓度）测量仪表，是一种只需要极少量维护的坚固而可靠的直插型仪表，它们能够提供完全一体化的 “即插即用，免维护”式密度测量。

音叉密度计是安装在储罐中或管道中，可连续、实时在线测量流体密度的传感器，用于以密度做为最终产品首要控制参数的过程控制，或用于固体百分比或浓度百分比等其他质量控制参数的指示器。

典型行业

• 石油和石化工业

• 酿酒业

• 有机和无机化学材料

• 制药行业

• 矿物加工 （粘土、碳酸盐、硅酸盐）

 

  振动型音叉液体密度计使用振动式原理测量密度。发生叉体振动的液体的密度改变了仪表的共振频率。通过监视共振频率并进行众所周知的转换， 振动型可以提供高精度的在线密度测量。

  传感器根据振动原理而设计，此振动元件类似于两齿的音叉，叉体因位于齿根的一个压电晶体而产生振动，振动的频率通过另一个压电晶体检测出来，通过移相和放大电路，叉体被稳定在自然谐振频率上。通过监视共振频率并进行众所周知的转换， 振动型可以提供高精度的在线密度测量。

  当液体流经叉体时，振动发生改变，引起谐振频率变化，从而通过电子处理单元计算出准确的密度值。振动频率与密度的关系为：

       ρ =K 0+ K1 T+K 2T²

 式中，ρ -  液体密度   T -传感器输出的振动周期

K0,K1,K2 - 传感器的常数，在出厂时标定

探头在不同介质中的振动频率 

例如：在空气中振动，频率约 1000 Hz

      在油中振动，频率约 700 Hz

      在水中振动，频率约 600 Hz

      介质的密度决定了振动的频率.

 

   测量范围：0.000– 3.000 g /cc (0– 3000 kg/m3)（用户可编程）

　 测量精度：± 0.001g/cc（± 1 kg/cm3）常规

             ± 0.0005g/cc（± 0.5 kg/cm3）高精度

   重复性：± 0.0002 g/cc (± 0.2 kg/m3)

　　操作温度范围：-10℃~ +120℃（不同介质温度订货前需落实）

　　最大工作压力：＜10Mpa

　　流体粘度范围：0 – 20000cP（订货时需要落实）

　　温度系数：小于0.1 kg/m3/℃(校正后)

　　压力影响：可忽略不计

　　内置温度测量：-50~150℃

　　接液材质：316L、Ti、PTFE（特殊要求定制）

　　叉体涂层：标准型，PTFE或电解抛光

　　供电电源：24VDC，≥150 mA

模拟信号输出：密度 4 -20 mA，

温度 4 -20 mA，

数字通讯：RS485 Modbus RTU

　　输出精度(20℃)：读数的± 0.1%或± 0.05% FS

　　输出重复性(-10 ~ +85℃)：± 0.005% FS

　　过程连接：螺纹型、法兰型、卫生型（或根据用户要求定制）

    防护等级：IP65

防爆型：  EXdⅡCT6

外壳：铝合金

  

1、自由流体应用安装（法兰连接）

无论管道水平或者垂直时，都必须始终水平安装仪表并使流体在间叉之间的空隙中流动。此位置有助于防止气泡或固体物质积聚在仪表上，可使固体沉降，气泡上升。            
 

A、 水平安装为≥4英寸（DN100）的管道；垂直安装为≥6英寸（DN1150）的管道

B、 调节缩进尺寸以使仪表叉齿完全插入流体大约70mm

l 流速：0.3至0.5m/s（仪表位置） l 粘度：可达500cP （长杆型）            可达20000cP （短杆型） l 温度：-10°C～120°C

 

2、自由流体应用安装（焊接底座连接）

 

A、 水平安装为≥4英寸（DN100）的管道；垂直安装为≥6英寸（DN1150）的管道

B、 管道上的52.5mm仪表开孔

C、 焊接

D、 自由流体焊接底座（根据管道直径购买）

l 流速：0.3至0.5m/s（仪表位置） l 粘度：可达500cP （长杆型）            可达20000cP （短杆型） l 温度：-10°C～120°C

 

注意：

   在安装焊接底座前，必须在管道上钻出直径52.5mm的孔以容纳仪表，在将焊接底座焊接到管道上时，必须与预钻的孔保持同心。

3、振动 T型套管安装（法兰接头）

  

A. 4 英寸（DN100）或更大直径管道的水平或垂直安装

B. 仪表音叉与主管道壁的距离由过程的最大流量决定。

C. PFA 垫圈和压簧（自锁紧 PFA 垫圈不需要）

l 流速：0.3至0.5m/s（管壁位置） l 粘度：可达500cP （长杆型）            可达20000cP （短杆型） l 温度：-10°C～120°C

 

注意：

   管壁处的流速和流体粘度必须处于所示的限制之内，以确保套管中的流体及时更新。这 种安装对粘度阶跃变化的响应要滞后与自由流体安装。法兰的热质量可能会影响仪表对温度变化的响应时间

4、振动 T型件安装（焊接底座连接）

 

A、4英寸或更大直径管道的水平或垂直安装

B、管道上的52.5mm仪表开孔

C、仪表音叉与主管道壁的距离由过程的最大流量决定

D、焊接底座（根据管道直径购买）

l 流速：0.3至0.5m/s（管壁位置） l 粘度：可达100cP （长杆型）            可达250cP （短杆型） l 温度：-10°C～120°C

 

注意：

   为了确保套管中的介质不断更新，管壁处的流速和介质粘度必须处于所示的限制内。这 种安装对粘度阶跃变化的响应要滞后与自由流体安装。如果温度变化是过程中的关键因素，降低热质量的焊接底座的锥形锁紧接头可更加有效 地追踪温度的快速变化。在安装焊接底座前，必须在管道上钻出直径 2.1 in (52.5 mm) 的孔以容纳仪表。在 将焊接底座焊接到管道上时，必须与预钻的孔保持同心。

5、  振动流通室安装（可选温度元件安装口）

 

10、  如果存在流动，确认仪表音叉对准以使液体流向音叉或从音叉之间的空隙中通过仪表放置（流体方向通过音叉空隙）
 

11、  确认仪表音叉远离沉积物

          仪表放置（远离沉积物）

3.安装设计的重要因素

3.1  适宜的安装位置

ü 无堵塞

ü  易满管

ü  不含气

 

 

3.2  典型的不宜安装位置 

ü 靠近下行管线

ü 管道的高点

ü  靠近管线敞口  

                      

3.3  稳定的流速范围

      —避免颗粒沉降的影响(流速过低)

      —避免对仪表测量的影响(流速过高)

插入式密度计 VS 管式密度计（质量流量计）的优势

l 浆液颗粒具有磨损性

l 浆液具有腐蚀性

l 浆液易沉淀凝固

解决办法：

l 振动插入式密度计测量浆液密度。

l 振动插入式密度计避免了管式密度计测量管易磨损&浆液易凝固的风险。 

 

3.4   其他影响检测因素

仪表除了安装方式对其有一定的影响，除此之外的一些外界因素也有很多影响，为使其仪表发挥最大的性能与优势，安装设计时建议考虑一下以下因素：

 

3.4.1 流速

您必须保持流量和流速相对稳定并在仪表指定的限制范围内。介质的流动提供了稳定的热流并进入仪表安装位置，流量影响仪表安装处的自清洁以及仪表周围气泡和固体污染物 的消散。

如果仪表安装在旁路中（例如直径4英寸水平旁路的自由流体安装或流通室安装）：可利用压降、皮托管或采样泵保持流量。使用采样泵时，应将泵置于仪表的上游。

3.4.2 含气

含气或气体夹带工况可能会中断流体的测量。瞬态夹气造成的信号短暂中断可通过仪表组态修正，但是必须避免频繁的中断或严重的含气以确保准确可靠的流体测量。

最大限度地降低含气的可能性：

  •使管道始终处于充满流体的状态。

  •排出仪表安装位置之前的任何气体。

  •避免突然的压降或温度变化，这可能导致液体

    中的溶解气逸出。

  •保持系统有足够的背压以防止气体逸出。

  •保持传感器处的流速在规定的限制范围以内。

3.4.3  固体颗粒测量考虑因素

    请考虑下面的因素以避免与固体颗粒污染物相关的问题：

•避免流速突然变化，这可能导致沉积。

•将仪表安装在下游距离任何管件足够远的位置，这些管件可能会导致固体颗粒物发生离心作用（例如弯管）。

•将仪表安装位置的流速保持在指定限制范围之内。

   •如有必要，在工艺过程中使用过滤器。

3.4.4  热效应考虑因素

   对于高粘度流体，应将流体以及紧靠仪表的上游和下游管道、接头中的温度梯度降至最低。最小化温度梯度可减少粘度变化的影响。我们建议通过下面的措施降低仪表安装中的热效应：

  •务必对仪表和周围管道彻底进行隔热处理。

-隔热材料必须为至少 1 英寸 (25 mm) 厚的石棉，最好 2 英寸 (50 mm)，或者使 用等效的隔热夹套。

-隔热材料必须包裹在密封保护外壳内，以防止湿气侵入、空气循环以及隔热材料受到挤压。

-对于流通室安装，高准提供特殊的隔热夹套，因为其体积流量较低（因此，热流较低），对温度效应的敏感性更高。

  •避免直接加热或冷却仪表及容易产生温度梯度的上游和下游相关管道。

  •如果由于流量降低而必须采取防冷却保护措施，可以应用电伴热。这种加热类型必 须进行恒温控制，并设置恒温器使之在低于系统最低工作温度时运行。

  •过程连接的压力和温度限制

过程法 兰类型	压力和温度等级
	100 °F (37.8 °C)	199.9 °F (93.3 °C)	299.8 °F (148.8 °C)	392 °F (200 °C)
2” ANSI 150	226.3 psi (15.6 bar)	197.3 psi (13.6 bar)	159.5 psi (11.0 bar)	110.2 psi (7.6 bar)
2” ANSI 300	588.9psi (40.6 bar)	513.4 psi (35.4 bar)	417.7 psi (28.8 bar)	336.5 psi (23.2 bar)
DN50 PN16	229.2 psi (15.8 bar)	175.5 psi (12.1 bar)	137.8 psi (9.5 bar)	107.3 psi (7.4 bar)
DN50 PN40	571.5 psi (39.4 bar)	439.5 (30.3 bar)	342.3 psi (23.6 bar)	266.9 psi (18.4 bar)

 

请确保不超过仪表的压力和温度限制。如有特殊要求请联系厂家！

 

3.4.5 边界效应

  在工厂校核过程中会考虑计划安装方式的可能边界效应。

  在安装位置，确认仪表校准和边界与计划安装方式一致，以确保获得最佳仪表性能。如果仪表与计划安装方式不一致，则可能出现测量误差，需要现场校准。

安装的边界效应就是指仪表的感应装置被管壁的边界阻断的灵敏或有效区域。这种效应 可随安装类型或管道直径大小而变化。校准仪表时考虑到这种效应非常重要，因为直接插 入式仪表只能测量仪表灵敏区域中的流体的性质。

插入式仪表的音叉振动，产生一个以音叉末端为中心的椭圆形有效测量区域。该椭圆形的 长轴即为音叉的振动方向。 仪表传感元件对此区域外的任何流体性质都不敏感。反之，越 靠近仪表音叉，对流体性质的灵敏度越高。

如图所示

  

A  长轴

B 短轴

C有效区域安装仪表时，如果此有效区域或体积的任何部分受到管道或接头干扰，则   存在边界效应 

A.管壁干扰仪表灵敏度的有效区域 

3.5 安装注意事项                    

(1)音叉位置

  注意，在任何安装形式下，音叉在液体中都应该处于竖直位置，以避免杂质沉降以及气体积聚对测量的影响。

(2)保温措施

  在密度计本体及安装位置出现热交换以及温度梯度变化都将影响密度测量的准确度，为了获得期望的测量精度，密度计以及相邻的管道要采取良好的隔热措施。必要时，可以选择weldlot安装形式，以减少热交换。这种安装形式仅用于4”以上管线。 

(3)安装位置

  选择流态分布稳定的位置安装密度计，避免安装在阀门、弯头及节流元件等对流体产生扰动的位置，以获得期望的测量精度。

安装是注意观察音叉开口方向。
 

1.2 介绍

   振动采用四线制电路设计，输出一路4-20mA。

1.3 安装须知

   振动供电电源要求：下面是仪表运行的直流电源要求：

 

   • 24 VDC，典型值为 0.65 W，最高 1.1 W

   • 最低推荐电压：使用 1000 ft 的 24 AWG（300 m 的 0.20 mm2）电源线时为 21.6 VDC

   • 启动时，电源必须在仪表电源端子上提供 19.6 V 的最低电压和最低 0.5 A 的短时电流。

  如果几个振动安装在同一地点，可以共用一个电源。如果密度计安装在宽阔区，电缆消费过大，可以使用小型本地电源。

  没有必要对传感器进行单独的直接接地，接地一般通过安装的金属管路。

 

接线方式

   信号端子设置在电气盒的一个独立舱内。在接线时，可拧下接线侧的表盖。采用四线制电路设计，独立24VDC电源供电，一路密度值4-20mA输出（不需外部供电，独立信号线接入）。

具体接线图如下：

密度计接线图

 

产品出厂前都是经过严格测试，精密标定的，一般无需现场标定，如果使用一定时间后发现数据明显偏差大，可以通过菜单进行标定操作。

按一下“S”键，进入副显示界面，可以看到密度和电流以及温度和电流显示，再按一下“S”键，进入参数设置界面， 根据菜单提示，选择要进入的菜单，按“E”键进入下一级菜单，通过“↑”或者“↓”键选择或修改参数，再按“E”键保存并返回。如错误设定，按“S”键返回主菜单。

(“S”□ )是设置键、              (“↑”▲ )是向上或增加键、

(“↓”▶ )是向下或减少键           (“E”▶ )是确定键

 

1.（正常显示页面）
 

2.（标定菜单）
 

3.（输出参数设置）
 

4.（通讯参数及语言设置）

 

  由于工艺流程的需要，经常安装在工作条件较为恶劣的现场。为了尽可能减少密度传感器工作条件的恶劣程度。

  ●密度传感器应尽量安装在温度梯度和温度变化小，无冲击和振动的地方。

  ●被测介质不容许结冰，否则将损伤传感元件，导致密度传感器损坏。

  ●防止与腐蚀性或过热的被测介质相接触。

  ●要防止渣滓在罐体内沉积。

  ●应轻拿轻放以防碰坏传感器

 禁止 直接摔放仪器

 禁止 测量强腐蚀性液体

 禁止 仪器在额定压力以上工作

 禁止 压力测试超过指定测试压力

须知 仪器适用于所有防爆场合

须知 禁止在传感器安装时焊接管道

须知 安装完毕后可承受测试最大工作压力1.2倍     

须知 储存运输仪器使用原装箱包

误差检测

   ●检查管路是否泄漏或堵塞

   ●磨损损失

   ●罐体中有无气体

   ●因温差引起的密度不同                                                                         

开箱和产品附件

●开 箱

开箱时应检查包装是否完好，并核对传感器的型号、规格是否与订货合同是否符合，随机文件是否齐全。

●附件

1使用说明书 1份

2合格证

3 发货清单

运输与储存

●传感器适合于陆路，空运，水路运输及货运装载的要求；

●传感器和附件应在出厂原包装条件下，存放在室内，其环境温度为-10～+55℃，相对湿度不超过90%，且空气中不应有足以引起传感器腐蚀的有害物质。

 

选 型 表

 

DT801	□	□	□	□	□	□	□	音叉密度计
材质	A B C							316L 哈C 特殊材质
温度		N M H						0~40℃ 0~80℃ 0~100℃
量程			1 2 3 4					0~1g/cm3 0~1.5g/cm3 0~2g/ cm3 其他
安装方式				F C				法兰 卡箍
输出					M T R			4-20mA(密度) 4-20mA(温度) RS485
附加功能						N C		无 浓度