重锤式料位计在水泥行业的应用及选型———重锤式料位计在水泥行

［摘要］：随着水泥生产自动化水平和控制系统可靠性要求的提高，料位测量控制的作用日益突出。料位测量的方法很多，通常分为接触式测量仪表（重锤、导波雷达、射频导纳、电容、音叉、阻旋等）和非接触式测量仪表（γ射线、超声波、雷达等）。［关键词］：重锤式料位计，水泥行业，MONITOR
  一、概述
工业自动化生产过程中料位是主要测量参数之一，随着工艺要求的提高，料位作为一个重要的过程参数日益引起大家的关注。水泥生产中的原料、半成品、成品均为粒块状或粉状固体物料，对其进行料位测量的场合很多如石灰石库、粘土库、铁粉库、煤粉库、生料均化库、熟料库、混合材库、石膏库、水泥库等工艺环节都有应用，均为固体粉状、块状物料。随着水泥生产自动化水平和控制系统可靠性要求的提高，料位测量控制的作用日益突出。
二、常用料位测量方法
料位测量的方法很多，通常分为接触式测量仪表（重锤、导波雷达、射频导纳、电容、音叉、阻旋等）和非接触式测量仪表（γ射线、超声波、雷达等）。
按生产工艺要求，料位测量装置有两类，一是极限料位检测，即料位开关，一般有上、下限2个检测点。二是连续料位测量，有定时测定和需要时进行测定2种工作方式，用于较精确掌握料面高度的场合。以下简要介绍各类仪表的原理。
1.传统重锤式料位计：料位探测过程由控制器发出的信号来控制，当传感器接到探测命令时，电机正转，使钢丝绳下放，带动重锤由仓顶下降，当重锤降至料面被测面托起而失重，钢丝绳松弛，检测单元发出信号，控制器得到该信号即发出电机反转命令，重锤上升返回，，重锤回到仓顶原位置完成一次探测过程。此过程中控制器计算出钢缆放出长度，得出重锤从仓顶到料面的距离。测量不受介质密度、颗粒大小的影响
2.导波式雷达料位计：通常采用脉冲波方式工作，而是通过1根（或2根）从仓顶伸入、直达仓底的导波体传播。导波体可以是金属硬杆或柔性金属缆绳，微波脉冲沿杆或缆的外侧向下传播，在被测物料表面被反射，回波被天线接收，由发射与回波脉冲的时间差即可计算出传播距离
3.射频导纳料位开关和电容物位计：原理是插入料仓的电极与料仓壁之间构成电容器，当仓内物料料位变化引起电容量的变化，通过转换电路得到相应的料位。要求被测介质稳定。
4.阻旋料位开关：基本原理是同步微电动机，带动检测叶片旋转，当被测物料的料位上升使叶片转动受阻，检测机构便围绕主轴产生旋转位移。该位移首先使一个微动开关动作，发出有料位信号。随后另一个微动开关动作，切断电动机电源使其停转。当料位下降至叶片失去阻挡时，检测机构便依靠弹簧拉力使其恢复原始状态，一个微动开关先动作，接通电动机电源使其旋转，随后另一个微动开关动作发出无料信号。
5.γ射线料位计工作原理是在料库一侧设置同位素源，另一侧设置探测器，同位素源向探测器定向发射γ射线，若库内料面低于它，探测器检测料空信号；若料面高于它，则物料遮挡、吸收γ射线，得出料满信号。
6.超声波料位计：主要利用回波测距原理，通过测量换能器发射和接收到声波的时间，计算出换能器到物料表面距离。高温、蒸汽、大量粉尘等环境不可用。
7.雷达料位计：利用回波测距原理，其喇叭状或杆式天线向被测物料面发射微波，微波传播到不同相对介电率的物料表面时被反射，并被天线接收。发射波和接收波的时间差与物料面和天线的间距成正比，测出传播时间即可得知距离。
三、水泥行业的物料特点
1．颗粒状物料：在水泥厂原料大多是颗粒状物料，少数是块料，如石灰石、原煤、页岩等，其半成品熟料也是颗粒状物料，储存在库或仓里，
2．粉状物料 ：在水泥厂和粉磨站里水泥库、生料均化库和粉煤灰库等，这些物料全是粉料，粉料表面非常疏松。
3. 测量范围较宽，从几米至几十米都有；测量环境恶劣，仓内粉尘极大、并伴有生产过程中产生的高温、水汽等，大量的粉尘会粘付在传感器上，影响测量。
四、水泥物料对常用连续量物位仪表的影响
1.传统重锤式料位计：最早应用的物位仪表，测量不受介质密度、颗粒大小、粉尘干扰等的影响。 缺点：机械内部易落灰尘影响测量效果；机械磨损较严重，需经常维护；重锤易发生被物料埋住现象，发生掉锤头、断带故障。
2.导波雷达料位计：同介质的介电常数有关，要注介电常数大于1.5以上。 缺点：介质会在缆绳周围结块，影响测量；埋在物料中的缆绳由于物料重力会产生较大的下拉力，造成缆绳被拉断等故障。
3.超声波料位计：缺点：超声波属于机械波，常常以空气作为传播介质，而空气的温度、湿度等变化会影响超声波传播速度，故在一些有温度、压力、蒸汽等场合，该料位计不能正常工作；料库空气中的粉尘也衰减超声波信号，影响测量效果；由于粉仓料位表面在下料时非常疏松，对超声波信号有较强衰减，故对粉仓料位的测量效果较差。
4.γ射线料位计：缺点：放射源污染环境；放射源衰减使料位控制不可靠。
5.射频导纳料位开关和电容物位计：缺点：埋在物料中的缆绳由于物料重力会产生较大的下拉力，造成缆绳被拉断等故障。另外被测介质如果发生变化，也会影响测量结果。
6.调频连续波雷达物位计：由于电磁波不受温度、蒸汽、粉尘干扰，雷达料位计能适应水泥粉仓环境。但对粉尘在雷达探头上结垢问题，比较难处理，一般要求现场加吹扫装置，增加了仪表的不可靠性。雷达采用回波测距原理，对返回波的有效捕捉是非常重要的，要求根据现场实际进料情况调整探头角度，但由于料位变华较大，很难找到最合适的角度。另外，雷达调试时，需要专业工程师依靠专门分析软件，根据雷达波在现场实际反射波形，来分析仓内情况，排除干扰。对使用者的技术要求较高。
五、有对水泥行业最合适的物位仪表吗？
因为现场条件恶劣，各类仪表都有相应的缺点，那么那种物位仪表更适合水泥行业呢？答案是：新式重锤料位计。
传统重锤料位计做为最早应用的物位仪表，在水泥行业应用多年，探头部分无任何光学电子原件，不受现场的高温、粉尘、结垢等影响，整体结构简单、坚固。在应用过程中也发生一些故障：
1.检测单元采用微动开关，使用一段时间后，开关的灵敏性下降，导致埋锤事故发生。
2.当发生埋锤时，无法判断，电机继续工作，导致断线事故。
3.采用交流电机加减速箱方式控制锤头上升或下降，粉尘对机械部件磨损严重，影响使用寿命。
以上这些问题，随着仪表科技的发展，都有相应的解决办法了。当传统的重锤料位计加入了新的技术，他又焕发了青春，再次回到了水泥行业，这也是众多水泥厂用过了很多先进技术的仪表后，重新选择重锤式料位计的原因。
六、美国MONITOR重锤料位计特点及技术参数
  1.机械仓和电子仓分离，避免粉尘对电子部分干扰。
2.采用双光感系统取代微动开关做为检测单元，能够在锤头接触料面的瞬间就及时检测到，避免埋锤。
3.辅助的霍尔传感器系统，能够灵敏的检测到锤头在倾斜料面上的微小移动，提高了测量精度。
4.光学传感器隔离密封从根本上避免了粉尘等的污染
5.采用直流电机取代了机械减速箱，无需采用可能造成卡涩的机械刹车装置，使锤头能自如的上升或下降。
6.专利的绕线装置确保不会出现乱线问题 ，导引及绕线装置的完美控制确保不会出现跳线问题
7.输入输出的信号隔离与良好的接地，可以确保长期稳定运转与数据传，通过CE认证，具有良好的抗电磁干扰能力