PISONICS | 西安派声
PS7020 系列
超声波浓度计
一体式管段 · 无移动部件 · 溶液浓度在线测量
产品概述 Product Overview
PS7020 系列超声波浓度计以一个可直接测量的物理量确定浓度：超声波穿过介质的传播时间。声程由测量管段的机械结构固定，测得传播时间即得声速，再按实液标定表换算成浓度或密度。
与依靠回波幅值的声阻抗法（PS7000）和声衰减法（PS7010）不同，声速法取的是信号的到达时刻，而非到达时的幅值。这使它对探头面结垢、耦合老化、增益漂移这类幅值类劣化不敏感，却也决定了它的适用边界：介质必须让超声波稳定穿透，固含量高到严重散射时应改选 PS7000。仪表为一体式结构，测量管段与表头一体，现场即可读数与组态；无移动部件、无消耗件。
测量原理 How It Works
两只探头在测量管段上一发一收对置布置。发射探头发出一串超声脉冲，接收探头记录其到达时刻；扣除电子学与楔块引入的固定延时后，即得超声波在介质中的实际传播时间，除以固定声程即得声速。
到达时刻用过零点插值定时确定，而不是包络阈值：在接收波形穿越零线的位置做亚采样细分，把定时分辨率做到远细于采样周期。这是声速分辨率的来源，也是该方法对回波幅值变化不敏感的原因——幅值涨落不改变过零点的位置。
温度不是「修正项」而是与浓度同等地位的自变量：同一个声速值，在不同温度下对应完全不同的浓度。因此仪表内部的标定表是二维的——每个浓度点自带一张温度子表，两轴均为分段线性插值，不做多项式拟合。
优势与限制 Strengths & Limitations
维度 | 说明 |
优势 | |
无移动部件、无消耗件 | 不引入压损，不需定期更换电极或膜片；清洁在位（CIP）时无需拆卸 |
非核源 | 不涉及放射源许可与退役处置 |
对幅值类劣化不敏感 | 只用到达时刻，不用回波幅值；探头面轻微结垢、耦合老化不直接改变读数 |
声速可单独输出 | 声速可独立映射到任意一路 4–20 mA，便于用原始物理量做工艺诊断与交叉验证 |
分辨率高 | 窄量程实液标定后可分辨到 0.05 % 量级的浓度变化 |
限制 | |
对温度极敏感 | 声速随温度的变化常大于随浓度的变化；必须做二维温度补偿，且现场温度测点须贴近声路 |
需实液标定 | 声速–浓度关系逐介质不同，无法用通用公式外推；出厂前须取现场实液做多点标定 |
不适合高固含浆液 | 固体颗粒散射使回波不稳定、TOF 失锁；此类工况应选 PS7000 声阻抗系列 |
不适合含气工况 | 气泡使声速骤降并造成读数跳变；测点须选在不易积气的位置 |
单调性要求 | 声速与浓度必须在使用量程内单调对应；跨越拐点的量程须拆分或改选其他方法 |
声速法不是「更好的密度计」，而是另一类问题的解法。选型时先判断介质是溶液还是浆液：溶液选 PS7020，固液两相浆液选 PS7000 / PS7010。难以判断时请提供介质样品，由厂家进行声学预评估，该项服务不另行收费。
精度档位与验收 Accuracy Classes
PS7020 的精度指标分 0.5 ‰ / 1 ‰ / 5 ‰ 三档，对应密度 ±0.0005 / ±0.001 / ±0.005 g/cm³。三档不是产品档次，而是标定条件的函数——同一台仪表在不同标定条件下适用不同档位。
档位 | 密度指标 | 适用前提 |
0.5 ‰ | ±0.0005 g/cm³ | 浓度跨度 ≤ 10 个百分点；厂家实液标定 ≥ 5 浓度点 × ≥ 3 温度点；介质温度波动 ≤ ±5 ℃；无气泡 |
1 ‰ | ±0.001 g/cm³ | 浓度跨度 ≤ 30 个百分点；厂家实液标定 ≥ 3 浓度点 × ≥ 3 温度点；介质温度波动 ≤ ±15 ℃ |
5 ‰ | ±0.005 g/cm³ | 宽量程、工况波动大，或仅做两点标定的场合 |
订货时须约定按哪一档验收，并把对应的标定点数与温度区间写入合同。合同中仅约定「高精度」而未指明档位，是验收争议最常见的起因。
典型应用 Typical Applications
行业 / 场景 | 说明 |
化工与石油化工 | |
酸碱浓度 | 硫酸、盐酸、硝酸、氢氧化钠、氢氧化钾等的配制与稀释控制 |
溶剂回收 | 精馏塔成品侧的溶剂纯度监视，一台仪表可用多组标定表覆盖分时切换的多种溶剂 |
尿素与车用尿素 | AD-BLUE 生产中的尿素水溶液浓度控制 |
气体洗涤 | 洗涤塔碱液浓度在线监视，指导补碱与排污 |
半导体与电子 | |
清洗液 | SC-1 / SC-2、BOE、KOH 等清洗与刻蚀液的浓度监视 |
电镀液 | 镀槽主盐与添加剂浓度趋势监视 |
印制板清洗 | 显影与蚀刻槽液浓度控制 |
食品、饮料与制药 | |
糖液与浓缩 | 糖度在线监视，蒸发与浓缩过程控制 |
酿造 | 麦汁浓度、发酵进程监视 |
CIP 清洗 | 清洗液碱 / 酸浓度与回收判定 |
制药 | 配液浓度确认与批次一致性检查 |
其他 | |
结晶监视 | 结晶过程中母液浓度变化的在线跟踪 |
相分离判定 | 两相界面到达的快速判别 |
热熔与聚合 | 聚合过程中反应进程的间接监视 |
安装方式 Mounting Arrangements
三种安装方式对应三类现场条件，声程在三种方式中都是固定的：管段式（法兰 DN25 / DN50，新建管路的主流选择）、卡箍式（快装卡箍，食品饮料制药等需频繁拆洗的洁净工艺，支持在位清洗）、插入式（插入式法兰座，大口径管道、已有管路改造、罐体与槽体；插入深度不改变声程）。
测量段必须始终充满液体，垂直管上行段最优；避开泵出口、阀门、弯头的紧邻下游，建议上游留 5D、下游留 3D 直管段。温度探头随测量管段出厂，不得单独改装到管壁上——温度测点若远离声路，升降温过程中的温度滞后会直接变成浓度读数的漂移。
技术参数一览 Technical Specifications
项目 | 规格参数 |
产品型号 | PS7020 系列（超声声速法） |
测量原理 | 超声波传播时间法（TOF），双探头一发一收对射 |
探头配置 | 发射探头 × 1 + 接收探头 × 1，声程由测量管段固定 |
测量对象 | 溶液、低固含液体；要求无气泡、声速与浓度在量程内单调对应 |
声速有效范围 | 400 ~ 3500 m/s；超出该范围仪表判为异常并置故障位 |
声速显示分辨率 | 0.01 m/s |
浓度测量范围 | 按介质由实液标定确定；典型可覆盖 0 ~ 100 %（二元体系单调段内） |
主变量输出 | 质量浓度、体积浓度、密度（g/cm³ 或 kg/m³）、波美度、固含量（g/L），单位可选 |
诊断量输出 | 声速、探头温度、接收信号能量、信号质量、故障状态字 |
测量精度 | 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，各档适用前提与验收口径见第 04 章 4.4 节 |
供电电源 | AC220V（AC100–240V，50/60 Hz 宽压输入）/ DC24V，两种供电规格均为标配 |
环境温度 | −40 ~ +80 ℃ |
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 |
湿度范围 | 0 ~ 98 %RH（无凝露） |
结构形式 | 一体式：测量管段与表头一体，现场可读数与组态 |
安装方式 | 管段式（法兰）/ 卡箍式（快装）/ 插入式，详见第 10 章 |
标准口径 | 管段式 DN25 / DN50；其余口径按订货核定 |
工艺连接 | 法兰（DIN / ANSI / JIS）、快装卡箍、插入式法兰座；订货时指定 |
接液材质 | 316L 不锈钢；特殊介质材质按工况核定 |
外形尺寸与重量 | 随口径与工艺连接而定，以订货图纸为准 |
温度传感 | PT1000 探头温度（22 位 Σ-Δ 采集，支持断线 / 短路诊断） |
模拟输出 | 4–20 mA × 2 路，符合 NAMUR NE43；每路可独立配置输出量（浓度 / 温度 / 信号能量 / 声速）、量程端点、修正系数与故障电流 |
数字通讯 | RS485 Modbus-RTU，从站地址 1–247，波特率 1200 / 2400 / 4800 / 9600 / 19200 / 38400 / 57600 / 115200 bps（出厂 57600），传输距离约 500 m |
HART 通讯 | HART 5 从站，Bell 202 FSK（1200 bps）叠加于 4–20 mA 回路 1；主变量为浓度，第二变量为探头温度 |
蓝牙通讯 | Bluetooth 5.4 BLE，手机 / 平板可完成实时读数与全部参数配置 |
远程传输 | 4G / DTU 接入派声云平台（选配） |
现场总线 | Profibus-DP（选配） |
显示与操作 | 现场显示窗口，中 / 英双语菜单，红外遥控器操作；远端数码显示屏（选配） |
出厂标定 | 40 组独立标定区，每组最多 16 个浓度点 × 15 个温度点，Flash 掉电保持 |
现场标定 | 两点或多点线性回归 Y = aX + b，最多 20 点；≥ 3 点时按 r² ≥ 0.8 自动判定 |
数据存储 | 本机历史记录 360 条（记录周期可设，默认 20 min ≈ 5 天）；接入云平台后遥测数据保留 90 天 |
固件升级 | 双槽 OTA：CRC-32 整包校验 + 设备类型身份校验，失败自动保留原固件；支持云端远程升级 |
防护等级 | IP65 |
防爆等级 | Ex d IIC T6 Gb（可选，订货时指定） |
认证 | 欧盟 CE（证书随货提供） |
※ 介质适用性难以判断时，请提供样品与工况参数，厂家完成声学预评估后再出具方案。完整技术参数与精度档位前提以《PS7020 技术规格书》为准。
