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
浓硫酸 92–98% 浓度在线测量 行业应用方案
—— 干吸工段循环酸 · 稀释配酸 · 成品酸 ——
【关键测量参数：H₂SO₄ wt% ／ 温度 ℃】
浓硫酸 92–98% 浓度在线测量
一、浓硫酸这一段，为什么密度法和电导法都靠不住 Why Density and Conductivity Fail Here
硫酸装置上最常见的在线浓度测点——干燥塔和吸收塔的循环酸、加水稀释后的配酸、出厂成品酸——几乎都在 90% 以上。偏偏这一段，是两种最常规的物性方法同时失灵的地方。
| 方法 | 85% 以上浓硫酸里的表现 | 结论 |
|---|---|---|
| 密度 | 在 98% 附近有一个最高点：20 ℃ 时约 1.836 g/cm³，纯硫酸约 1.831 g/cm³。96%～98% 之间平均每 1% 只差约 0.3 kg/m³；顶点两侧，同一个密度对应两个浓度 | 浓区不能用 |
| 电导率 | 九十出头有一个极值，90% 以上同样是一个读数对应两个浓度 | 浓区不能用 |
| 折射率 PS7110 | 单调，但在浓区斜率变平，灵敏度不如声速 | 可用，灵敏度偏低 |
| 声速 PS7020 | 单调而且陡；滴定标定实测 85%～99% 为 ±0.05～0.1 wt% | 推荐 |
密度为公开手册 20 ℃ 数据，用于说明趋势。
二、PS7020 在硫酸里的分段实测精度 Measured Accuracy by Band
下表来自 PS7020 在滴定标准液上的标定数据，是我们接受或婉拒一个硫酸测点的依据。精度按 wt% 绝对值给出。
| 浓度段 | 实测精度（wt%） | 说明 |
|---|---|---|
| 85%～99% | ±0.05～0.1 | 曲线单调且陡，表现最稳的一段 |
| 80%～85% | ±0.1 | 仍单调，斜率仍强 |
| 75%～80% | ±0.3 | 斜率开始变缓 |
| 45%～75% | ±1 | 可用于趋势与控制，不适合计量级 |
| 35%～45% | 测不了 | 声速曲线在这里转折，对浓度没有灵敏度，而且两侧双值；标定量程不能跨过这一段 |
| 15%～35% | ±0.4 | 稀侧单调段 |
| 5%～15% | ±1 |
浓区的标定数据覆盖 20～95 ℃；稀区覆盖的温度窗口更窄，询价时请给出工艺温度，以确认标定矩阵里对应的那一块。交付仪表的约束性指标，是按你自己的酸、在你自己的工作窗口内建立的标定矩阵——见第七节。
关于「拐点」的更正。网上有资料说硫酸声速曲线的转折点在 90% 以下，我们 2026 年 9 月以前的资料也这样引用过。我们自己的滴定标定数据不支持这个说法：不灵敏区在 35%～45%。以实测为准，旧说法作废。
这一条直接决定量程怎么设：一个标定量程不能跨过 35%～45%。如果工艺在开停车、冲洗时会穿过这一段，需要第二套配置，或者引入第二个物理量来区分——单纯把量程放宽解决不了。
三、精度的瓶颈是温度，不是声速分辨率 The Real Constraint: Temperature
浓硫酸是缔合液体，声速对温度很敏感，温度系数为负，每开尔文几 m/s。在浓区，几个百分点浓度引起的声速变化，和 70 K 温差引起的变化处在同一个量级——仪表每时每刻都在把两个同样大的效应分开。
所以实际交付的精度，由两件事决定：标定网格在温度方向上有多密，以及声路里的温度测得有多准。声速分辨率（0.01 m/s 量级）不是瓶颈。
- 按测点给出真实的工作窗口。一个测点通常只在比全工艺范围窄得多的区间里运行，例如吸收循环里的 97.5%～98.5%、75～85 ℃。按窗口局部拟合的矩阵，远好于全量程拟合——这是提高实际精度最有效的一步。
- 测温元件要在声路里。快速测温元件与接液件热耦合，而不是管道上另一处的温度计套管；否则升温、降温过程中会出现短暂的浓度偏差。
- 量程不跨 35%～45%。见上一节。
四、测点在哪，测来做什么 Measuring Points
| 测点 | 在线浓度拿来做什么 | 要注意 |
|---|---|---|
| 吸收塔循环酸 | 控制加水（或串入的稀酸）量，把循环酸稳在工作窗口内 | 温度高；材质按可能出现的最低浓度 + 最高温度核定 |
| 干燥塔循环酸 | 配合干吸串酸，控制干燥酸浓度 | 浓度低于吸收酸，单独建工作窗口 |
| 稀释配酸 | 加水稀释后确认配酸浓度 | 混合点之后至少留 10 倍管径直管段 |
| 成品酸 / 出酸 | 出厂前确认浓度 | 与化验滴定成对比对，作为验收依据 |
五、接液材质：按「最低浓度 + 最高温度」选 Wetted Materials
金属在硫酸里的腐蚀速率强烈依赖浓度：多数合金在 98%～99% 附近腐蚀最慢，浓度往九十出头掉、温度往上升，腐蚀会急剧恶化。所以材质的控制工况不是名义上的 98%，而是这个测点可能出现的最低浓度叠加最高温度。这两个条件会不会同时出现，询价时请说清楚。
| 材质 | 评价 |
|---|---|
| 哈氏合金 C-2000 / C-276 | 基线推荐，包括九十出头 + 高温那个角 |
| 钽（包覆） | 升级选项，约 150 ℃ 以内全浓度范围表现很好；有发烟硫酸、游离 SO₃ 或氟化物时不能用 |
| Alloy 20 | 这一浓度段可用，要核酸的流速——钝化膜类合金对流速敏感 |
| 316L | 不推荐：只适合接近常温的浓酸，约 40～50 ℃ 以上腐蚀速率陡增 |
| 钛、镍 200、蒙乃尔 400 | 在氧化性浓硫酸中不推荐 |
| 锆 702 | 约 70% 以上不推荐 |
热浓酸里探头的常见失效方式，是流速加剧的钝化膜破坏，而不是均匀腐蚀，所以请一并提供管内酸的流速。
六、安装 Installation
- 满管、无气囊：优先垂直上行管段；水平管段上装在 3 点或 9 点钟方向，不要装在管顶。
- 装在流动的液体里，不要装在不流动的接管里，否则读数跟不上工艺，测温元件也测不到真实介质温度。
- 混合点之后留足直管段：稀释或混合点下游至少 10 倍管径，两股液体温差大的还要更长——没混匀的浓度条纹经过传感器，表现为噪声。一般测点按前 10D、后 5D（最少前 5D、后 3D）。
- 避开死角：滞留的酸既拖慢响应，也加重局部腐蚀。
七、标定与验收 Calibration and Acceptance
- 出厂标定：在确认的浓度跨度内，用滴定过的硫酸标准液，在覆盖工作范围的多个温度点上建立浓度–声速–温度矩阵，写入仪表。
- 现场修正：投运后，按实际工作浓度与温度，与化验滴定做一点或两点偏移修正。
- 验收：在约定的工作窗口内取约定数量的成对样本，计算「仪表读数 − 滴定值」的标准差，写进标定证书。这样得到的是能在现场演示的数，不是规格书上的断言；拿来和在用仪表比，也是同口径比较。
显示几位小数不等于精度。标称 ±0.05 wt% 却显示三位小数，最后一位已经小于仪表自身的不确定度，只是看起来更细。
PS7020 关键参数 PS7020 Key Specifications
| 项目 | 指标 |
|---|---|
| 测量原理 | 超声声速法：渡越时间 → 声速 → 浓度 / 密度 |
| 输出量 | 浓度、密度、声速、温度同时输出 |
| 声速分辨率 | 0.01 m/s |
| 测温 | 分辨率 0.01 ℃；测温元件集成在传感器本体、位于声路中 |
| 介质温度 | 标准 −20～+80 ℃；高温型 −20～+120 ℃（吸收循环酸这类 80 ℃ 上下的测点选高温型）；150 / 180 / 200 ℃ 可订 |
| 工作压力 | 标准 ≤ 2.0 MPa；PN16 / PN40 / PN64 / PN100 / PN250 可选 |
| 模拟输出 | 4–20 mA × 2 |
| 数字通讯 | RS485 Modbus RTU（32 位浮点）；可选 Profibus DP、HART、继电器输出 |
| 供电 | DC 24 V 或 AC 220 V |
| 防护 / 防爆 | IP65；Ex d IIC T6 Gb 可选 |
| 标定 | 出厂浓度–声速–温度矩阵（滴定或称重标准液）；现场 1～2 点修正 |
| 接液材质 | 硫酸工况按第五节选；其它介质按浓度、温度、杂质逐项核定 |
选型前请确认 Before You Order
- 每个测点的浓度工作范围：正常值和偏离极限，不只是表盘量程。
- 每个测点的工艺温度：正常值和偏离值——这是精度问题里最有用的一个数。
- 开停车、冲洗时，工艺会不会穿过 35%～45%。
- 有没有发烟硫酸或游离 SO₃——它同时影响浓度关系和接液材质。
- 管径、压力、管内酸的流速、过程连接标准。
- 要求的精度，以及它是按 wt% 绝对值、量程百分比还是读数百分比给的。
- 防爆分区与防护型式。
- 需要的输出信号，以及对接的控制系统。
- 验证用的参比方法；能否提供实际酸样做出厂标定。
关于这页的性质：分段精度来自 PS7020 在滴定标准液上的标定数据（硫酸应用说明 Rev.B，2026-09）；交付指标以按你的酸、你的工作窗口建立的标定矩阵为准。页面里没有装机台数、节省比例、回收期——这些数字我们不编。
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），选型的第一步永远是问：这道工序要测的到底是什么量、在哪一段。
硫酸是按浓度段选方法的典型：85% 以上的浓酸用声速法；30%～40% 一类稀硫酸，密度单调而且够陡，用音叉反而合适（见 37% 稀硫酸进料浓度精控）；35%～45% 声速法测不了。更多介质见 化工强酸强碱密度计选型指南；温度补偿为什么是瓶颈，见技术专题 测 92–98% 浓硫酸，瓶颈不是分辨率是温度补偿。
