一.概述

　　物位是水泥工業(yè)生產(chǎn)過程的主要測量參數(shù)之一，和其他行業(yè)不同，在水泥工業(yè)中主要是固體物料的物位測量，液位測量則很少。固體物料種類繁多，有塊料、顆粒狀、粉料，這些物料的介電常數(shù)、容重、溫度、水分含量也各不相同。接觸式測量是過去測量物位的主要手段，如電容式、重錘式、音叉式、阻旋式等測量方法，由于測量時儀表和物料是接觸的，在使用過程中往往會出現(xiàn)各種問題，如電容的掛料;重錘的斷錘、埋錘;音叉的堵料等，且日常的維護量很大。到20世紀90年代，水泥工業(yè)開始采用非接觸的物位測量，較早成熟的非接觸的測量技術(shù)有超聲波技術(shù)和核輻射技術(shù)(γ射線)，核輻射技術(shù)因有放射源，在應用上受到限制。

　　超聲波技術(shù)近幾年來發(fā)展很快，是目前應用最廣泛的非接觸式測量方法，特別在液位測量。在水泥廠超聲波物位測量已較普遍應用在原料調(diào)配庫、原煤庫、熟料庫等，但超聲波必須借助于媒質(zhì)傳播，如在水泥廠的儲庫物位測量通常以空氣作為傳播介質(zhì)，而空氣的溫度、濕度、組分等的變化會影響超聲波傳播速度，空氣中的粉塵也將衰減超聲波的傳播信號;當前超聲波物位測量僅用于測量塊料或顆粒狀的物料，對粉倉料位的測量，由于粉倉料位表面在下料時非常疏松，對超聲波信號有較強的衰減，故至今還沒有測粉倉料位成功的先例。

　　九十年代末期，在過程檢測領(lǐng)域出現(xiàn)了高性能、低價格的微波物位計即射頻導納料位計，所謂微波是電磁波，其頻率范圍為300MHz~300GHz, 微波的傳播速度為3x108 m/s, 如設頻率為5. 8GHz,在大氣中波長約為52mm，其穿透力強，傳播速度不受粉塵、蒸汽及介質(zhì)組分的影響，傳播衰減也很小;對被測固體物料除要求其介電常數(shù)ε>1.8外，物料的溫度、壓力、密度等幾乎不影響對其準確的測量;現(xiàn)有射頻導納料位計在天線設計和形狀確保了接受回波的能量;另外現(xiàn)場調(diào)試也十分簡單，通過專用的軟件，能把正確的回波迅速找到，并立即換算為物位值。由于比超聲料位計有其更卓越的性能，近幾年來，射頻導納料位計迅速、大量進入了過程檢測儀表的市場，在各行業(yè)普遍使用。在水泥行業(yè)也幾乎由射頻導納料位計統(tǒng)占物位測量的領(lǐng)域，據(jù)統(tǒng)計近幾年來新設計的大型水泥廠和粉磨站的各類庫和倉近90%采用了各種類型的射頻導納料位計，星滬公司的PLUS54現(xiàn)場總線型PD射頻導納料位計，還成功用在云南紅塔滇西水泥公司的3條水泥生產(chǎn)線的八個水泥庫中，和其他儀表組成了新型的FCS系統(tǒng)。

　　二.雷達料位測量原理和主要技術(shù)因素

　　射頻導納料位計是利用回波測距原理。發(fā)射天線向被測目標發(fā)射微波，被測目標的微波被接收天線接收，信號處理器將發(fā)射信號與接收信號比較，計算出被測距離，并可算出相應的物位值。

　　在水泥工廠，各種固體物料儲存在庫或倉里，都存在物料的安息角，回波反射也會象超聲波一樣存在漫反射，產(chǎn)生干擾回波和假回波，通過軟件可排除干擾回波和假回波，但有效回波強度會減少很多，故設計選型時，要考慮衰減，選量程要留有一定的余量。

　　三 射頻導納料位計的選型

　　1.脈沖型和調(diào)頻連續(xù)波雷達

　　用于測物位的射頻導納料位計通常分為兩類：脈沖型雷達(Pulse)和調(diào)頻連續(xù)波雷達(FMCW)。在過程監(jiān)測場合主要選用脈沖型雷達，由于其頻率較低(6.3GHz)，并且在天線結(jié)構(gòu)設計時充分考慮了冷凝、積料等影響，還能利用超聲波料位計中的回波信號處理，在有攪拌器等復雜工況中也能識別有效回波，價格相對也較便宜，故在水泥行業(yè)中主要采用了以VEGA公司為代表的VEGAPULS型脈沖型雷達和E+H的Micropilot M FMR型，調(diào)頻連續(xù)波雷達由于發(fā)射功率大，量程大，價格也有較大下降，而且可靠性高，故最近在水泥行業(yè)已較多采用了以SIEMENS公司為代表的LR型調(diào)頻連續(xù)波雷達。

　　2.顆粒狀物料的選型

　　在水泥廠原料大多是顆粒狀物料，少數(shù)是塊料，如石灰石、原煤、頁巖等，其半成品熟料也是顆粒狀物料，儲存在庫或倉里，都存在物料的安息角，但也有反射介面。根據(jù)入料和卸料所形成的物料安息角和表面情況，在確定有效量程后，建議采用非接觸型的射頻導納料位計，即帶有棒形或號角形天線的料位計。如用接觸型的射頻導納料位計射頻導納料位計射頻導納料位計射頻導納料位計射頻導納料位計射頻導納料位計射頻導納料位計射頻導納料位計射頻導納料位計射頻導納料位計射頻導納料位計，會產(chǎn)生對纜繩較大的下拉力，造成事故。根據(jù)水泥廠信息反饋，號角形天線的料位計回波更強，精確度更高(±0.2~±1%F.S),

　　3.粉狀物料的選型

　　在水泥廠和粉磨站水泥庫一般有4~8個，在水泥廠還有生料均化庫和粉煤灰?guī)欤@些物料全是粉料，非常難測其料位。在庫里的粉料表面非常疏松，微波反射相當困難，為此建議采用接觸型射頻導納料位計,也可選用大法蘭的帶有號角天線的非接觸型射頻導納料位計，較典型的產(chǎn)品有VEGA-FLEX52K和E+H的FMP40纜式射頻導納料位計，它實際上是把纜繩既當天線又作導波管，合二為一，微波脈沖從探頭發(fā)出后沿纜繩傳播，當脈沖遇到物料表面時會被反射回來，其量程可達35m，被測物料的介電常數(shù)ε最低為1.6,另外纜繩的耐磨和忍受的最大下拉力，能滿足水泥廠各類粉料庫的檢測要求。目前已有許多水泥廠用纜式射頻導納料位計測量水泥庫和粉煤灰?guī)斓牧衔唬〉幂^好的效果，如海螺荻港、浙江三獅、陜西耀縣、甘肅祁連山等水泥廠。由于均化庫的工況復雜，建議采用VEGA-PULS68或西門子的產(chǎn)品，型號為SITRANSLR400，24GHz，量程最大為45m，四線制。

　　4.二線制

　　目前使用的射頻導納料位計大多是一體化的產(chǎn)品，由二線制供電，可直接接控制系統(tǒng)的模塊，輸出4~20mA的模擬信號，可節(jié)省大量電纜;同時還提供HART數(shù)字信號和各種協(xié)議的現(xiàn)場總線的數(shù)字通信功能，和計算機監(jiān)控系統(tǒng)連接非常方便，既可在現(xiàn)場調(diào)試;也可用PC機在控制室調(diào)試，如組成FCS系統(tǒng)還可在操作員站調(diào)試。

　　四. 結(jié)論

　　水泥廠的物位測量是水泥生產(chǎn)線自動化系統(tǒng)一個重要組成部分，射頻導納料位計的應用解除了人們對水泥廠的物位測量的疑慮，現(xiàn)有射頻導納料位計在品種、精確度、標準材料、耐壓、耐高溫、防爆等方面都能滿足水泥廠檢測和控制的要求。