振棒料位开关在金霸王电池生产线的应用案例

　　在碱性电池制造行业中，电解二氧化锰（EMD, Electrolytic Manganese Dioxide）是极为关键的原材料。金霸王电池工厂的生产环节中，需要将电解二氧化锰粉末注入高浓度氢氧化钾（KOH）溶液中进行搅拌、混合和反应。这一过程伴随着粉尘产生、介质发热、湿气释放、冷凝附着等一系列复杂工况，对物位检测设备提出了高要求。

　　在本案例中，金霸王电池工厂针对数台搅拌系统中的粉体投加料罐，选用了深圳计为自动化的振棒式料位开关，用于上限或下限料位监测，实现防溢、防空、防堵和稳定投料控制。经过数月稳定运行，用户对设备可靠性给予了高度评价，特别是在粉尘附着、湿气冷凝、搅拌引起介质扰动等挑战条件下，依然保持精准响应。以下为现场背景、困难点分析、设备配置、安装方式、运行表现和项目总结。

一、工艺背景与设备结构

　　在金霸王电池工厂中，电解二氧化锰与氢氧化钾混合体系的制备环节采用多台锥形搅拌容器进行连续投料与反应。容器结构呈上大下小的锥形，高度约2 m，有利于物料下沉和液体回流，减少滞留死角，提高混合效率。罐体内部的介质由电解二氧化锰粉末与高浓度氢氧化钾溶液组成，物理特性复杂，既具有高密度粉体分布，又具备强腐蚀性碱性化学特性，对设备耐材与测量稳定性提出较高要求。

　　搅拌系统采用机械叶片高速旋转方式推动介质流动，运行过程中物料不断进入、破团、沉降、再悬浮，形成动态循环结构，使粉体分散更均匀、黏度分布更稳定、固液配比更易控制。随着反应过程推进，料面高度及密度结构呈现持续变化，因此，需要在罐体不同位置配置多点料位监测设备，以反馈真实高度状态。

　　由于产线布置并非标准化结构，各搅拌容器的安装位置存在差异，包括下料口同侧、出口对侧或位于罐体边缘，整体布局复杂且空间受限。设备不仅要适应不同罐体几何结构，还需确保信号稳定、响应快速，不受位置影响。

　　从工艺控制角度来看，该系统的核心目标包括：确保电解二氧化锰在碱液中充分均匀分散；维持持续、可控的化学反应过程；稳定固含量比例；并使混合浆体黏度保持在工艺范围内。上述指标直接关联最终材料质量、一致性及电池性能表现。

　　在此背景下，料位测量的重要性不止于基本显示或报警，而是与搅拌效率、反应状态、投料频率、系统节拍和安全控制深度耦合。任何料位信息的误差，都可能导致搅拌叶空转、过量投料、强制停机、反应速率波动、浆体粘结堆积甚至溢罐事故等问题。因此，该类搅拌系统对料位信号可靠性和抗干扰性能的要求远高于常规储罐或粉体料仓系统。

二、现场挑战分析——粉尘 + 热量 + 湿度 + 附着 = 高难度料位检测

　　本工况远比普通粉体料位测量复杂，之前使用的国产同行SP品牌的阻旋料位开关在粘料、粉尘和搅拌干扰下常出现误动作或漏动作。

国产SP阻旋料位开关在高粘粉尘搅拌罐中易误触或漏触，稳定性差

1. 介质特性复杂

　　二氧化锰粉呈细颗粒状，密度高，流动性强，容易在搅拌过程中形成动态波动；加入的氢氧化钾浓液具有腐蚀性和导电性，测量环境不容许失误。

2. 强力搅拌产生扰动

　　搅拌叶轮高速旋转，物料不断翻动，对常规物位开关造成信号不稳定和误触发风险。

3. 摩擦导致微发热

　　粉体相互摩擦、与搅拌叶接触，会使局部温度升高，形成热湿气流向容器顶部逸散。

4. 湿气上升 + 密闭结构 + 冷凝水形成附着物

　　顶部冷凝水与粉尘结合，会形成片状附着结块——这是许多物位检测设备的噩梦。

5. 多台设备安装位置不同

　　同侧、对侧、边侧装置信号差异明显，对测量灵敏度、响应时间和抑制干扰能力要求更高。

　　简单来说，这些罐体属于典型的“工业复杂工况”：粉尘多、搅拌强、介质湿、容器密闭、容易附着、温度不均、料面形态剧烈变化。

三、方案选择——为何是振棒式料位开关？

计为Tube-11振棒料位开关——专利独有双棒结构

　　经过前期讨论和方案比较，最终由金霸王工程组和计为工程技术支持共同确认使用计为Tube-11振棒料位开关。选型理由主要包括：

1. 不受介质介电常数影响

粉体 + 碱液混合体系介电参数变化大，而振棒测量基于振动阻尼判断，与物性变化关系较小。

2.不受粉尘和颗粒扰动干扰

搅拌过程产生大量粉尘，但振棒对空气和粉末界面识别稳定，不会误触发。

3.结构原理优势：不惧附着与结块

振棒料位开关依靠固定频率振动的阻尼变化来判断物料是否接触探头，其信号触发机制不受介质附着、粘料或结块影响。即使探头表面存在沉积层，振动幅度变化仍然明显，可稳定输出料位状态，不会出现误触发或漏触发。该结构特性使振棒对粘性介质、含湿粉体和形成边壁附着层的物料具有天然适应性，在搅拌体系、粉液混合体系和含水粉体应用中表现优于桨叶、浮球、电容式等传统传感器。

4.结构紧凑，可灵活安装

适应多台搅拌罐不同结构，不受罐型和壁厚限制。

5.耐腐蚀、免维护、寿命长

面对强碱工况，材质耐受性关键。

　　用户在前期测试阶段已验证：计为Tube-11振棒料位开关能在强粉尘浓度和冷凝粘附条件下保持可靠动作，不受搅拌振动和介质扰动影响，这在多种对比方案（包括电容式、射频导纳式）测试中表现尤为突出。

四、安装方式与布局

　　由于料罐设计差异，项目中采用了三种安装位置：

• 下料口同侧安装在避开下料口的前提下，用于快速检测料面下降，防止空罐运行。
• 下料口对侧安装用于检测物料堆积不均导致的偏斜料面。
• 罐体边侧安装用于监控搅拌偏向侧的料面稳定性。

　　安装深度根据搅拌流程设定上限 / 下限位置，让信号直接参与工艺控制，并与搅拌速度、投料量联动。

五、运行表现与数据反馈

　　经过连续运行数月，总体表现总结如下：

(1) 无误报，无漏报

　　即使在搅拌高速阶段、料面起伏剧烈时，信号依然清晰稳定。

(2) 粉尘附着不影响判断

　　顶部斑块状附着物未造成误触发现象，抗挂料能力显著。

(3) 噪声干扰免疫性强

　　搅拌叶片引发的机械振动未对振棒产生影响。

(4) 工人无需频繁清理设备

　　长期免维护，是用户最满意的特性之一。

(5) 响应时间短

　　料位波动到信号反馈延迟极小，提高了上下料节拍效率。

　　用户反馈总结为一句话：“设备装上后，我们几乎忘记它的存在。”

　　对工业仪表来说，这是最高评价。

六、实际价值体现

　　在使用振棒料位开关之前，金霸王工厂曾长期采用国产SP品牌的阻旋料位开关作为搅拌罐的料位控制手段。然而，在二氧化锰粉与氢氧化钾混合搅拌的实际工况下，阻旋开关逐渐暴露出明显的不适应性。

国产SP阻旋料位开关在高粘混合搅拌罐中易误动作，可靠性不足

　　首先，阻旋料位开关依靠旋转桨叶受阻来判断料位状态，而该搅拌系统属于密闭湿粉环境，介质具有一定含水量，会在搅拌过程中形成粘性附着或结晶沉积层，桨叶经常出现粉料粘结、结块或被物料包裹的问题，导致扭矩变化不明显，从而触发不灵敏、误报或漏报现象。尤其是在介质黏稠度变化明显、固含量波动较大的阶段，信号稳定性更差。

　　其次，由于顶部存在水汽冷凝，粉尘与水分在桨叶表面形成斑块状附着物，长期运行后膨胀硬化，导致转速下降甚至卡死，必须停机打开密闭搅拌罐进行清理维护。维护难度大、频次高，不仅影响生产节拍，还存在开罐作业风险。此外，介质本身具有腐蚀性，桨叶表面磨损较快，机械结构寿命无法满足长期生产要求，备件消耗量高。

　　再者，搅拌罐内物料翻动剧烈，形成强湍流，旋转桨叶在扰动中容易触碰阻旋叶轮，产生震荡信号。这种波动会传递给PLC或控制系统，引发误报警。为了避免干扰，维护人员不得不调整开关灵敏度，结果进一步放大测量误差，难以兼顾稳定性与可靠性。

　　在此背景下，阻旋开关在多个搅拌罐出现运行不稳定、误动作频繁、故障停机反复的情况，甚至出现不同搅拌罐同工况点位性能差异明显的问题。随着关键工位产能提升和产品一致性要求增加，原有测量方式逐渐无法满足工艺需求，最终促使工厂寻找更加可靠、抗附着能力更强、维护周期更长的新型料位测量方案。

　　振棒料位开关的引入，正是在这一工艺压力下进行的设备升级选择。通过阻尼检测机制替代机械旋转结构，避免了附着、磨损、结晶和粉尘干扰，进一步提升了工厂料位检测系统的稳定性和生产效率。

七、总结与展望

　　本案例展示了振棒式料位开关在高污染、高粉尘、强扰动、附着性强工况下的可靠性。电解二氧化锰产业属于典型高难度料位测量领域，而金霸王电池工厂的成功实践证明：

• 复杂介质并不可怕
• 设备本身性能决定可靠性
• 正确的技术路径带来长期收益

　　未来，随着金霸王工厂产线扩建及自动化升级，双方合作将继续深入，更多粉体料仓、浆液储罐、混合系统将采用同类测量技术，实现更高效率、更高稳定性和更高安全等级的生产体系。

　　振棒料位开关不仅适用于该类浆体混合工况，也适用于：粉料堆密系统、加料机、旋转搅拌罐、输送设备、沉降罐、散料仓储、中转料斗等领域。

　　由此，本案例为粉体与液体混合料位检测提供了清晰的实践路径，也为类似行业提供可复制经验。