PISONICS | 西安派声
PS7020 系列
超声波浓度计（声速法）
声速法 · 测温元件在声路中 · 浓度–声速–温度标定矩阵
硝酸铵溶液浓度在线测量 行业应用方案
—— 储罐 · 输送管线 · 浓缩出料 ——
【关键测量参数：NH₄NO₃ wt% ／ 温度 ℃】
硝酸铵溶液浓度在线测量
一、先看标准：浓度和温度都有上限 Limits in the Standard
硝酸铵生产企业的储罐和输送管线，要守的上限不止一个。强制性国家标准《硝酸铵安全技术规范》GB 44022—2024（2024-11-01 实施）6.3.3 规定：硝酸铵溶液储存温度不应高于 145 ℃，热源蒸汽温度不应高于 160 ℃ 并设置超温联锁切断，溶液浓度不应大于 93 %（质量分数）。6.3.4 要求定期检测 pH 值和浓度，检测频率不低于每 8 h 一次；6.3.2 要求储罐液位、温度等参数接入自动化控制系统，具备报警、联锁功能。
在线浓度计补的是两次化验之间那几个小时：浓度往 93 % 上限爬，或者稀释水加多了，分钟级就能看到。它不替代化验——6.3.4 的检测照做，在线读数定期用化验值比对。
GB 44022—2024 适用于硝酸铵生产企业的生产、储存和应急处置，不适用于港口经营、民用爆炸物品和国防科研生产。工厂执行哪本标准，以企业自身情况为准。
二、浓度越高，留给测点的温度窗口越窄 The Temperature Window
硝酸铵溶液的析晶温度随浓度上升得很快。下表按公开溶解度数据插值得到，不同文献之间相差 2～4 ℃：
| 浓度 wt% | 80 | 85 | 88 | 90 | 92 | 93 | 94 | 95 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 析晶温度约 ℃ | 59 | 79 | 90 | 97 | 105 | 110 | 115 | 120 |
93 % 的溶液约 110 ℃ 就会析晶，测点处温度必须高于它；仪表的过程温度又有上限。两头一夹，92 %～93 % 时留给测点的温度窗口只有 10～15 ℃。所以硝酸铵选型的第一道题是：测点处的温度，在开停车、清洗、蒸汽吹扫、温控超调这些工况下，最高到多少。
三、按测点最高温度选方法 Choosing by Temperature
| 测点处最高温度 | 方法 / 型号 | 说明 |
|---|---|---|
| ≤ 120 ℃ | 超声声速法 PS7020 高温型（−20～+120 ℃） | 管线或循环管段安装。92 %～93 % 时运行贴近上限，传感器处任何工况都不能超过 120 ℃ |
| ≤ 150 ℃，罐上安装 | 音叉密度计 PS7400（标配 −25～+120 ℃，可定制到 150 ℃，订货时确认） | 罐顶或罐侧插入式，适合没有循环管线、只能在罐上装的场合 |
| > 120 ℃，管线 | 振动直管密度计 PS7220（温度等级按测点最高温度选：A 150 / B 250 / C 350 / D 400 ℃，订货确定） | 串入管线；测量管必须充满介质、无气泡；易沉积介质垂直安装、下进上出 |
三种方法测的都不是浓度本身：声速法测声速，两种密度计测密度，再按标定关系换算成浓度。硝酸铵溶液是 NH₄NO₃ 与水的二元体系，杂质少时这个换算是确定的。声速法测硝酸铵溶液，在国外化肥行业已有公开的厂商应用资料；我们自己还没有在这个介质上做过实液标定。
用密度换算浓度时，灵敏度可以先估一下：按 Laliberté（2009）的密度模型，75 %～78 % 时浓度每变 1 wt%，密度变 0.0063～0.0067 g/cm³；外推到 80 %～95 %，约 0.0067～0.0083 g/cm³。按这个斜率，以 PS7220 的 ±0.001 g/cm³ 为例，密度误差折合约 ±0.12～0.15 个百分点。这只是单位换算，不是精度承诺，80 % 以上是模型外推。
振动直管密度计内置的两组分换算按组分密度线性计算，不适合硝酸铵；密度到浓度的换算按配对化验数据拟合，在 DCS / PLC 里做。
四、标定：先解决「拿不到样品」 Calibration Without Samples
硝酸铵纳入民用爆炸物品管理（国办发〔2002〕52 号）：销售、购买和使用须经审批，只允许销售给民爆器材定点生产企业、制药和制冷剂等生产企业，以及有关的教学、科研单位。我们不在可购买的范围内，工厂也不能把硝酸铵——包括溶液样品——转给我们。所以声速法常规的「厂家用实液做出厂标定」，在硝酸铵上要换一种做法：
- 在工厂化验室，或按规定可以采购硝酸铵的教学科研单位，用我们的表测几个浓度点、每个浓度若干温度点；测试步骤由我们提供。
- 标定值用每个浓度点的化验值（例如甲醛法），不用称量配制值——硝酸铵吸潮，称量配制的误差可能超过 0.1 个百分点。标定和验收用同一个化验方法。
- 92 %～93 % 那一段，只能在析晶温度以上、仪表温度上限以内取点。
- 再上储罐或管线比对，比对合格后定台数。
PS7020 的精度分 0.5 ‰ / 1 ‰ / 5 ‰ 三档（对应密度 ±0.0005 / ±0.001 / ±0.005 g/cm³），三档是标定条件的函数：最高一档要求浓度跨度不超过 10 个百分点、实液标定不少于 5 个浓度点 × 3 个温度点、介质温度波动不超过 ±5 ℃、无气泡。储罐工况一般比全流程窄；能不能按最高一档验收，测试之后书面确认。
五、测点与安装 Installation
- 储罐：插入式安装时，探头要伸进流动的液体里，避开接管里的死区；料液基本不流动的储罐，优先在循环管线上测。
- 离开热源：测点离开加热盘管，接管和法兰不被蒸汽直接加热——局部过热会让读数偏离罐内真实工况，也会把传感器推过温度上限。
- 伴热：只保证不析晶，不得超过仪表的温度上限；保温不包表头。
- 直管段：直管段一般按前 10D、后 5D（最少前 5D、后 3D）。
- 材质与洁净：接液材质按工况核定，禁用铜、锌及其合金，避免油脂和有机物进入——GB 44022—2024 6.3.5 也要求储罐、机泵和管道控制洁净度。
- 防爆：可选隔爆型（Ex d），温度组别按介质最高温度核定。
PS7020 关键参数 PS7020 Key Specifications
| 项目 | 指标（PS7020 产品页） |
|---|---|
| 测量原理 | 超声传播时间法（TOF），双探头一发一收对射：声速 → 浓度 / 密度 |
| 输出量 | 质量浓度、密度、声速、温度；诊断量含接收信号能量、信号质量、故障状态字 |
| 测量精度 | 0.5 ‰ / 1 ‰ / 5 ‰ 三档，对应密度 ±0.0005 / ±0.001 / ±0.005 g/cm³；三档是标定条件的函数，订货时约定按哪一档验收 |
| 介质温度 | 标准型 −20～+80 ℃；高温型 −20～+120 ℃（订货时指定） |
| 工作压力 | ≤ 2.0 MPa |
| 安装 | 管段式（法兰，DN25 / DN50）、卡箍式、插入式 |
| 输出 | 4–20 mA × 2（NAMUR NE43）；RS485 Modbus-RTU；HART 5 |
| 防护 / 防爆 | IP65；Ex d IIC T6 Gb 可选（介质温度高时，温度组别按介质最高温度核定） |
| 出厂标定 | 40 组标定区，每组最多 16 个浓度点 × 15 个温度点 |
| 接液材质 | 316L 不锈钢 + 蓝宝石声窗；按工况核定，禁用铜、锌及其合金 |
选型前请确认 Before You Order
- 工厂类型（硝酸铵生产企业，还是民爆企业），执行哪本标准。
- 每个测点的正常浓度和温度，以及开停车、清洗、吹扫时的最高温度；现有的报警值、联锁值。
- 储罐有没有循环管线；只能罐上装时，接管的位置、口径和允许的插入深度。
- 现行化验方法（标准号与平行测定允许差）和检测频次。
- 防爆分区；需要的输出信号和对接的控制系统。
关于这页的性质：这是方法与选型说明，不是业绩案例。PS7020 在这个介质上目前没有可公开引用的投运数据，所以这里没有装机台数、节省比例或回收期——那些数字我们不编。页面里的数字只有三类：标准条文，公开资料里的物性数据及由它们推出的估算（标明「估算」「按……计算」），以及仪表自身的规格。
结语
西安派声（PISONICS）的在线密度 / 浓度测量覆盖 6 大类测量原理（超声、音叉、科氏力、光学、微波、差压），选型的第一步是先问：这道工序要测的到底是什么量、在哪一段。硝酸铵这道题先问温度，再选原理：120 ℃ 以内用声速法，罐上更高温度用音叉，管线更高温度用振动直管。相关阅读：超声波密度计 / 浓度计、科氏力（振动管）密度计、音叉密度计、化工强酸强碱密度计选型指南。
