电磁感应式在线浓度计的开发及应用

2022-04-01相亮

硫酸工业 2022年1期

相亮

（中国石化集团南京化学工业有限公司，江苏南京 210042）

在化工产品生产过程中，浓度通常是重要的控制指标之一。电磁感应式在线浓度计以其稳定性高及抗腐蚀性强的特点在酸、碱、盐等各类溶液的浓度测量中广泛应用。笔者通过对溶液的电导率、温度和浓度三者关系进行研究，开发了基于电磁感应原理的硫酸和硝酸在线浓度计，并在现场推广应用。

1 溶液电导率特性

对于一般溶液，其浓度与电导率相关，几种常见物质的溶液在25 ℃时电导率与浓度的关系如图1所示[1]。

从图1可以看出，在恒定温度下，溶液浓度与电导率存在对应关系，通过测量溶液的电导率和温度，可以计算出溶液的浓度值。

图1 25 ℃溶液电导率与浓度、温度关系曲线

2 电导率测量方法

对溶液电导率进行测量的电导率传感器通常分为电极式和电磁式两种。相对于传统电极式传感器而言，电磁式传感器具有耐腐蚀、抗污染的优点，在溶液测量中得以更广泛地应用。

电磁式电导率传感器对电导率的测量是基于法拉第电磁感应原理，其测量原理见图2。

图2 仪器测量原理

由环形磁芯绕制的电磁感应传感器，放置于被测溶液中，包围传感器的溶液通过中心孔形成导电回路。当励磁线圈的绕组输入一交流电压U1时，被测溶液会产生感应电流Ie。由于Ie的作用，检测线圈绕组有感应电压U2产生。溶液回路感应电流Ie的大小，由溶液电导率Xe决定。在检测线圈上可得到随电导率而变化的感应电压U2，通过对该电压采样处理计算出溶液电导率。

3 电磁感应传感器的制作

分别对铁氧体、坡莫合金、硅钢片等不同磁芯材料进行分析比较得出，铁氧体磁芯材料具有高磁电性能、磁性能稳定、衰减率低、温度特性良好等优点，更适用于制作电磁传感器。浓度计采用两只铁氧体材料磁芯，分别缠绕导线制作了励磁线圈和检测线圈。励磁线圈和检测线圈与温度传感元件Pt100构成了电磁传感器，整体密封于耐腐蚀的氟塑料壳体内。

4 浓度计工作原理

浓度计工作原理如图3所示。

图3 浓度计工作原理

浓度计设计了基于NE555振荡器及二级有源滤波电路组成的激励电路。通过NE555芯片输出30 kHz方波振荡信号，经二级有源滤波电路后转换为正弦波信号，再通过负反馈电路稳定正弦波幅值为2.5 V，为励磁线圈提供激励电压U1。在被测溶液作用下，检测线圈上产生的感应电势U2送至放大转换电路，进行电压放大，并转换为4～20 mA电导电流信号I1。同时，测温电阻Rt将被测溶液的温度信号也送至放大器转换电路，输出4～20 mA的温度电流信号I2。检测器输出的电流I1和I2同时送至信号处理器，通过计算机电路进行信号采集和温度补偿处理，最终计算出被测溶液浓度并通过液晶显示屏显示，同时输出与被测溶液浓度相对应的电流I0。

5 浓度计技术指标

浓度计主要为解决溶液浓度在线测量问题，其主要技术指标见表1。

表1 浓度计主要技术指标

6 浓度计现场应用

6.1 硫酸装置现场应用情况

浓度计在某化工厂硫酸装置进行现场试验，安装地点为循环泵出口的管道上，如图4所示。浓度计利用系统压力，从工艺管道压力高点开取样口，装配取样管路与浓度计测量池连接，硫酸溶液经取样管流经测量池。浓度计传感器插入测量池浸入被测溶液中，实现对溶液电导率和温度信号的测量。被测溶液流过测量池后返回溶液槽或者工艺管道，不会造成环境污染。考虑到硫酸的腐蚀性，取样管及测量池均采用不锈钢材质或者内衬四氟材料，保证浓度计取样系统长期稳定工作。