在堿性電池制造行業(yè)中，電解二氧化錳（EMD, Electrolytic Manganese Dioxide）是極為關(guān)鍵的原材料。金霸王電池工廠的生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，需要將電解二氧化錳粉末注入高濃度氫氧化鉀（KOH）溶液中進(jìn)行攪拌、混合和反應(yīng)。這一過(guò)程伴隨著粉塵產(chǎn)生、介質(zhì)發(fā)熱、濕氣釋放、冷凝附著等一系列復(fù)雜工況，對(duì)物位檢測(cè)設(shè)備提出了高要求。

　　在本案例中，金霸王電池工廠針對(duì)數(shù)臺(tái)攪拌系統(tǒng)中的粉體投加料罐，選用了深圳計(jì)為自動(dòng)化的振棒式料位開關(guān)，用于上限或下限料位監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)防溢、防空、防堵和穩(wěn)定投料控制。經(jīng)過(guò)數(shù)月穩(wěn)定運(yùn)行，用戶對(duì)設(shè)備可靠性給予了高度評(píng)價(jià)，特別是在粉塵附著、濕氣冷凝、攪拌引起介質(zhì)擾動(dòng)等挑戰(zhàn)條件下，依然保持精準(zhǔn)響應(yīng)。以下為現(xiàn)場(chǎng)背景、困難點(diǎn)分析、設(shè)備配置、安裝方式、運(yùn)行表現(xiàn)和項(xiàng)目總結(jié)。

 一、工藝背景與設(shè)備結(jié)構(gòu)

　　在金霸王電池工廠中，電解二氧化錳與氫氧化鉀混合體系的制備環(huán)節(jié)采用多臺(tái)錐形攪拌容器進(jìn)行連續(xù)投料與反應(yīng)。容器結(jié)構(gòu)呈上大下小的錐形，高度約2 m，有利于物料下沉和液體回流，減少滯留死角，提高混合效率。罐體內(nèi)部的介質(zhì)由電解二氧化錳粉末與高濃度氫氧化鉀溶液組成，物理特性復(fù)雜，既具有高密度粉體分布，又具備強(qiáng)腐蝕性堿性化學(xué)特性，對(duì)設(shè)備耐材與測(cè)量穩(wěn)定性提出較高要求。

　　攪拌系統(tǒng)采用機(jī)械葉片高速旋轉(zhuǎn)方式推動(dòng)介質(zhì)流動(dòng)，運(yùn)行過(guò)程中物料不斷進(jìn)入、破團(tuán)、沉降、再懸浮，形成動(dòng)態(tài)循環(huán)結(jié)構(gòu)，使粉體分散更均勻、黏度分布更穩(wěn)定、固液配比更易控制。隨著反應(yīng)過(guò)程推進(jìn)，料面高度及密度結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)持續(xù)變化，因此，需要在罐體不同位置配置多點(diǎn)料位監(jiān)測(cè)設(shè)備，以反饋真實(shí)高度狀態(tài)。

 　　由于產(chǎn)線布置并非標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)，各攪拌容器的安裝位置存在差異，包括下料口同側(cè)、出口對(duì)側(cè)或位于罐體邊緣，整體布局復(fù)雜且空間受限。設(shè)備不僅要適應(yīng)不同罐體幾何結(jié)構(gòu)，還需確保信號(hào)穩(wěn)定、響應(yīng)快速，不受位置影響。

　　從工藝控制角度來(lái)看，該系統(tǒng)的核心目標(biāo)包括：

確保電解二氧化錳在堿液中充分均勻分散；

維持持續(xù)、可控的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程；

穩(wěn)定固含量比例；

并使混合漿體黏度保持在工藝范圍內(nèi)。

上述指標(biāo)直接關(guān)聯(lián)最終材料質(zhì)量、一致性及電池性能表現(xiàn)。

　　在此背景下，料位測(cè)量的重要性不止于基本顯示或報(bào)警，而是與攪拌效率、反應(yīng)狀態(tài)、投料頻率、系統(tǒng)節(jié)拍和安全控制深度耦合。任何料位信息的誤差，都可能導(dǎo)致攪拌葉空轉(zhuǎn)、過(guò)量投料、強(qiáng)制停機(jī)、反應(yīng)速率波動(dòng)、漿體粘結(jié)堆積甚至溢罐事故等問(wèn)題。因此，該類攪拌系統(tǒng)對(duì)料位信號(hào)可靠性和抗干擾性能的要求遠(yuǎn)高于常規(guī)儲(chǔ)罐或粉體料倉(cāng)系統(tǒng)。

二、現(xiàn)場(chǎng)挑戰(zhàn)分析——粉塵 + 熱量 + 濕度 + 附著 = 高難度料位檢測(cè)

　　本工況遠(yuǎn)比普通粉體料位測(cè)量復(fù)雜，之前使用的國(guó)產(chǎn)同行SP品牌的阻旋料位開關(guān)在粘料、粉塵和攪拌干擾下常出現(xiàn)誤動(dòng)作或漏動(dòng)作。

 國(guó)產(chǎn)SP阻旋料位開關(guān)在高粘粉塵攪拌罐中易誤觸或漏觸，穩(wěn)定性差

1. 介質(zhì)特性復(fù)雜

　　二氧化錳粉呈細(xì)顆粒狀，密度高，流動(dòng)性強(qiáng)，容易在攪拌過(guò)程中形成動(dòng)態(tài)波動(dòng)；加入的氫氧化鉀濃液具有腐蝕性和導(dǎo)電性，測(cè)量環(huán)境不容許失誤。

2. 強(qiáng)力攪拌產(chǎn)生擾動(dòng)

　　攪拌葉輪高速旋轉(zhuǎn)，物料不斷翻動(dòng)，對(duì)常規(guī)物位開關(guān)造成信號(hào)不穩(wěn)定和誤觸發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。

3. 摩擦導(dǎo)致微發(fā)熱

　　粉體相互摩擦、與攪拌葉接觸，會(huì)使局部溫度升高，形成熱濕氣流向容器頂部逸散。

4. 濕氣上升 + 密閉結(jié)構(gòu) + 冷凝水形成附著物

　　頂部冷凝水與粉塵結(jié)合，會(huì)形成片狀附著結(jié)塊——這是許多物位檢測(cè)設(shè)備的噩夢(mèng)。

5. 多臺(tái)設(shè)備安裝位置不同

　　同側(cè)、對(duì)側(cè)、邊側(cè)裝置信號(hào)差異明顯，對(duì)測(cè)量靈敏度、響應(yīng)時(shí)間和抑制干擾能力要求更高。

　　簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，這些罐體屬于典型的“工業(yè)復(fù)雜工況”：粉塵多、攪拌強(qiáng)、介質(zhì)濕、容器密閉、容易附著、溫度不均、料面形態(tài)劇烈變化。

三、方案選擇——為何是振棒式料位開關(guān)？

計(jì)為Tube-11振棒料位開關(guān)——專利獨(dú)有雙棒結(jié)構(gòu)

　　經(jīng)過(guò)前期討論和方案比較，最終由金霸王工程組和計(jì)為工程技術(shù)支持共同確認(rèn)使用計(jì)為Tube-11振棒料位開關(guān)。選型理由主要包括：

1. 不受介質(zhì)介電常數(shù)影響 粉體 + 堿液混合體系介電參數(shù)變化大，而振棒測(cè)量基于振動(dòng)阻尼判斷，與物性變化關(guān)系較小。

2. 不受粉塵和顆粒擾動(dòng)干擾 攪拌過(guò)程產(chǎn)生大量粉塵，但振棒對(duì)空氣和粉末界面識(shí)別穩(wěn)定，不會(huì)誤觸發(fā)。

3. 結(jié)構(gòu)原理優(yōu)勢(shì)：不懼附著與結(jié)塊 振棒料位開關(guān)依靠固定頻率振動(dòng)的阻尼變化來(lái)判斷物料是否接觸探頭，其信號(hào)觸發(fā)機(jī)制不受介質(zhì)附著、粘料或結(jié)塊影響。即使探頭表面存在沉積層，振動(dòng)幅度變化仍然明顯，可穩(wěn)定輸出料位狀態(tài)，不會(huì)出現(xiàn)誤觸發(fā)或漏觸發(fā)。該結(jié)構(gòu)特性使振棒對(duì)粘性介質(zhì)、含濕粉體和形成邊壁附著層的物料具有天然適應(yīng)性，在攪拌體系、粉液混合體系和含水粉體應(yīng)用中表現(xiàn)優(yōu)于槳葉、浮球、電容式等傳統(tǒng)傳感器。

4. 結(jié)構(gòu)緊湊，可靈活安裝 適應(yīng)多臺(tái)攪拌罐不同結(jié)構(gòu)，不受罐型和壁厚限制。

5. 耐腐蝕、免維護(hù)、壽命長(zhǎng) 面對(duì)強(qiáng)堿工況，材質(zhì)耐受性關(guān)鍵。

　　用戶在前期測(cè)試階段已驗(yàn)證：計(jì)為Tube-11振棒料位開關(guān)能在強(qiáng)粉塵濃度和冷凝粘附條件下保持可靠動(dòng)作，不受攪拌振動(dòng)和介質(zhì)擾動(dòng)影響，這在多種對(duì)比方案（包括電容式、射頻導(dǎo)納式）測(cè)試中表現(xiàn)尤為突出。

四、安裝方式與布局

　　由于料罐設(shè)計(jì)差異，項(xiàng)目中采用了三種安裝位置：

1. 下料口同側(cè)安裝 在避開下料口的前提下，用于快速檢測(cè)料面下降，防止空罐運(yùn)行。

2. 下料口對(duì)側(cè)安裝 用于檢測(cè)物料堆積不均導(dǎo)致的偏斜料面。

3. 罐體邊側(cè)安裝 用于監(jiān)控?cái)嚢杵騻?cè)的料面穩(wěn)定性。

　　安裝深度根據(jù)攪拌流程設(shè)定上限 / 下限位置，讓信號(hào)直接參與工藝控制，并與攪拌速度、投料量聯(lián)動(dòng)。

五、運(yùn)行表現(xiàn)與數(shù)據(jù)反饋

　　經(jīng)過(guò)連續(xù)運(yùn)行數(shù)月，總體表現(xiàn)總結(jié)如下：

(1) 無(wú)誤報(bào)，無(wú)漏報(bào)

　　即使在攪拌高速階段、料面起伏劇烈時(shí)，信號(hào)依然清晰穩(wěn)定。

(2) 粉塵附著不影響判斷

　　頂部斑塊狀附著物未造成誤觸發(fā)現(xiàn)象，抗掛料能力顯著。

(3) 噪聲干擾免疫性強(qiáng)

　　攪拌葉片引發(fā)的機(jī)械振動(dòng)未對(duì)振棒產(chǎn)生影響。

(4) 工人無(wú)需頻繁清理設(shè)備

　　長(zhǎng)期免維護(hù)，是用戶最滿意的特性之一。

(5) 響應(yīng)時(shí)間短

　　料位波動(dòng)到信號(hào)反饋延遲極小，提高了上下料節(jié)拍效率。

　　用戶反饋總結(jié)為一句話：“設(shè)備裝上后，我們幾乎忘記它的存在?！?/p>

　　對(duì)工業(yè)儀表來(lái)說(shuō)，這是最高評(píng)價(jià)。

六、實(shí)際價(jià)值體現(xiàn)

　　在使用振棒料位開關(guān)之前，金霸王工廠曾長(zhǎng)期采用國(guó)產(chǎn)SP品牌的阻旋料位開關(guān)作為攪拌罐的料位控制手段。然而，在二氧化錳粉與氫氧化鉀混合攪拌的實(shí)際工況下，阻旋開關(guān)逐漸暴露出明顯的不適應(yīng)性。

 國(guó)產(chǎn)SP阻旋料位開關(guān)在高粘混合攪拌罐中易誤動(dòng)作，可靠性不足

　　首先，阻旋料位開關(guān)依靠旋轉(zhuǎn)槳葉受阻來(lái)判斷料位狀態(tài)，而該攪拌系統(tǒng)屬于密閉濕粉環(huán)境，介質(zhì)具有一定含水量，會(huì)在攪拌過(guò)程中形成粘性附著或結(jié)晶沉積層，槳葉經(jīng)常出現(xiàn)粉料粘結(jié)、結(jié)塊或被物料包裹的問(wèn)題，導(dǎo)致扭矩變化不明顯，從而觸發(fā)不靈敏、誤報(bào)或漏報(bào)現(xiàn)象。尤其是在介質(zhì)黏稠度變化明顯、固含量波動(dòng)較大的階段，信號(hào)穩(wěn)定性更差。

　　其次，由于頂部存在水汽冷凝，粉塵與水分在槳葉表面形成斑塊狀附著物，長(zhǎng)期運(yùn)行后膨脹硬化，導(dǎo)致轉(zhuǎn)速下降甚至卡死，必須停機(jī)打開密閉攪拌罐進(jìn)行清理維護(hù)。維護(hù)難度大、頻次高，不僅影響生產(chǎn)節(jié)拍，還存在開罐作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。此外，介質(zhì)本身具有腐蝕性，槳葉表面磨損較快，機(jī)械結(jié)構(gòu)壽命無(wú)法滿足長(zhǎng)期生產(chǎn)要求，備件消耗量高。

　　再者，攪拌罐內(nèi)物料翻動(dòng)劇烈，形成強(qiáng)湍流，旋轉(zhuǎn)槳葉在擾動(dòng)中容易觸碰阻旋葉輪，產(chǎn)生震蕩信號(hào)。這種波動(dòng)會(huì)傳遞給PLC或控制系統(tǒng)，引發(fā)誤報(bào)警。為了避免干擾，維護(hù)人員不得不調(diào)整開關(guān)靈敏度，結(jié)果進(jìn)一步放大測(cè)量誤差，難以兼顧穩(wěn)定性與可靠性。

　　在此背景下，阻旋開關(guān)在多個(gè)攪拌罐出現(xiàn)運(yùn)行不穩(wěn)定、誤動(dòng)作頻繁、故障停機(jī)反復(fù)的情況，甚至出現(xiàn)不同攪拌罐同工況點(diǎn)位性能差異明顯的問(wèn)題。隨著關(guān)鍵工位產(chǎn)能提升和產(chǎn)品一致性要求增加，原有測(cè)量方式逐漸無(wú)法滿足工藝需求，最終促使工廠尋找更加可靠、抗附著能力更強(qiáng)、維護(hù)周期更長(zhǎng)的新型料位測(cè)量方案。

　　振棒料位開關(guān)的引入，正是在這一工藝壓力下進(jìn)行的設(shè)備升級(jí)選擇。通過(guò)阻尼檢測(cè)機(jī)制替代機(jī)械旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，避免了附著、磨損、結(jié)晶和粉塵干擾，進(jìn)一步提升了工廠料位檢測(cè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和生產(chǎn)效率。

七、總結(jié)與展望

　　本案例展示了振棒式料位開關(guān)在高污染、高粉塵、強(qiáng)擾動(dòng)、附著性強(qiáng)工況下的可靠性。電解二氧化錳產(chǎn)業(yè)屬于典型高難度料位測(cè)量領(lǐng)域，而金霸王電池工廠的成功實(shí)踐證明：

? 復(fù)雜介質(zhì)并不可怕

? 設(shè)備本身性能決定可靠性

? 正確的技術(shù)路徑帶來(lái)長(zhǎng)期收益

　　未來(lái)，隨著金霸王工廠產(chǎn)線擴(kuò)建及自動(dòng)化升級(jí)，雙方合作將繼續(xù)深入，更多粉體料倉(cāng)、漿液儲(chǔ)罐、混合系統(tǒng)將采用同類測(cè)量技術(shù)，實(shí)現(xiàn)更高效率、更高穩(wěn)定性和更高安全等級(jí)的生產(chǎn)體系。

　　振棒料位開關(guān)不僅適用于該類漿體混合工況，也適用于：粉料堆密系統(tǒng)、加料機(jī)、旋轉(zhuǎn)攪拌罐、輸送設(shè)備、沉降罐、散料倉(cāng)儲(chǔ)、中轉(zhuǎn)料斗等領(lǐng)域。

　　由此，本案例為粉體與液體混合料位檢測(cè)提供了清晰的實(shí)踐路徑，也為類似行業(yè)提供可復(fù)制經(jīng)驗(yàn)。