水泥生產(chǎn)中的原料、半成品、成品均為粒塊狀或粉狀固體物料，對其進行料位測量的場合很多，除生料、煤粉、水泥、混合材庫外，篦冷機下料、立窯的卸料等工藝環(huán)節(jié)都有應用。隨著水泥生產(chǎn)自動化水平和控制系統(tǒng)可靠性要求的提高，料位測量控制的作用日益突出。按生產(chǎn)工藝要求，料位測量裝置有2類，一是極限料位檢測，即料位開關，一般有上、下限2個檢測點。一旦料面達到預先設定的料位，即發(fā)出控制信號，使喂料或卸料設備進行相應的動作。二是連續(xù)料位測量，有定時測定和需要時進行測定2種工作方式，用于較精確掌握料面高度的場合。有時為較好滿足工藝要求，在一個料庫上既設置連續(xù)測量的料位計又配置固定高度的料位開關，即2種料位計各司其職互相補充。實際采用的料位計種類很多必須針對不同工藝物料要求、不同料庫選用不同的料位計。本文對水泥廠常用料位計的原理和應用進行介紹。
A、接觸式料位計
1、 電容式料位計原理是插入料倉中的電極與料倉壁之間構成電容器，當倉內物料料位變化引起電容量的變化時，通過轉換電路得到相應的控制信號。因為電容量是連續(xù)變化的，因此該料位計可以用作連續(xù)式料位測量，也可用作料位開關，作為報警或喂料、卸料設備的輸入信號。該料位計有造價低、無機械磨損、安裝和維修方便等特點。傳統(tǒng)的方式是通過調頻振蕩電路實現(xiàn)電容量到頻率的轉換，又經(jīng)限幅放大及鑒頻器的線性化，得到相應的電壓或電流信號。若使用一段時間后電極(探頭)上粘有物料，則往往會導致控制器誤動作，現(xiàn)已由傳統(tǒng)的檢測電容量發(fā)展為檢測探頭與倉壁間導納的方式。
依據(jù)量程的大小和控制方式的不同，電極設計成桿(棒)式或鋼纜(重型鋼纜)式，可應用于各種料倉?，F(xiàn)在的新型產(chǎn)品為全密封一體化安裝結構，采用射頻振蕩器和數(shù)字集成電路，無運動機械部件，“數(shù)字標定技術”使得用戶可以在空倉的狀態(tài)下一次完成標定，功能齊全、性能可靠、控制及時、顯示直觀。
安裝此類料位計時應注意選取合適的安裝點，避開下料口;注意信號線的屏蔽和接地，防止干擾。但倉內物料溫度、濕度、運動速度的變化以及物料粘掛倉壁和電極等因素的影響，引起電容介電常數(shù)的變化。因此若用作連續(xù)料位檢測其測量精度不高通常用作料位開關。必須定期檢查探頭和料位開關動作情況并進行校驗。
2、阻旋式料位計是一種料位開關。它也有不同的檢測控制方式，如某產(chǎn)品的基本原理是同步微電動機經(jīng)減速后，帶動檢測葉片以2.5～5r/min的轉速旋轉，當被測物料的料位上升使葉片的轉動受到阻礙時，檢測機構便圍繞主軸產(chǎn)生旋轉位移。此位移首先使一個微動開關動作，發(fā)出有料位信號。隨后另一個微動開關動作，切斷電動機電源使其停轉。只要此料位不變這種狀態(tài)便一直保持下去。當料位下降至葉片失去阻擋時，檢測機構便依靠彈簧拉力使其恢復原始狀態(tài)。一個微動開關先動作，接通電動機電源使其旋轉，隨后另一個微動開關動作發(fā)出無料信號，只要沒有物料阻擋檢測葉片的轉動，此種狀態(tài)也將一直保持下去。為防止使用中物料的沖擊，庫側安裝時應在檢測葉片上方的料倉內壁上方安裝防護板;如采用加長軸頂置垂直安裝時，則應在軸套外安裝保護套筒。此種料位開關結構簡單、價格低廉、維護方便多用作粉狀物料料倉的料滿開關，但不適合高溫下工作。水泥廠常用的料位計的原理和應用
B、非接觸式料位計
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有超聲波技術和核輻射技術(γ射線)，核輻射技術因有放射源，在應用上受到限制。超聲波技術近幾年來發(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配庫、原煤庫、熟料庫等，但超聲波必須借助于媒質傳播，如在水泥廠的儲庫物位測量通常以空氣作為傳播介質，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。
3、γ射線料位計常用作料位開關。工作原理是在料庫的一側設置同位素源在另一側設置探測器同位素源向探測器定向發(fā)射γ射線若庫內料面低于它探測器檢測得出料空信號;若庫內料面高于它則物料遮擋、吸收γ射線探測器檢測得出料滿信號。依據(jù)料倉的形狀和工藝要求，γ射線料位計可安裝在不同的位置。它是非接觸式測量，常用于工作環(huán)境惡劣的大型混凝土料庫，如水泥熟料庫。此時，要求所用的同位素源強常用Co60源源強達50～100mCi。γ射線料位計還廣泛用在立窯的卸料料封控制上。γ射線被管中的熟料所吸收探測器發(fā)出料滿信號啟動下面的卸料電振機。此時γ射線料位計的同位素源常用源強較低的且半衰期很長的Cs137源。水泥廠常用的料位計的原理和應用
它還可以用作窯尾預熱器防堵的料位報警或者選粉機下料管的鎖風。因有時接收器靠近熱源，易導致信號失真和儀器壽命縮短，因此在高溫環(huán)境工作時應重視冷卻問題。它的特點是日常運行維護工作量小，操作簡單，但也存在γ射線料位計放射源污染環(huán)境，放射源的衰減使料位控制不可靠等不足。
4 、雷達料位計90年代末期，在過程檢測領域出現(xiàn)了高性能、低價格的微波物位計即雷達料位計，所謂微波是電磁波，其頻率范圍為300MHz～300GHz微波的傳播速度為3×108m/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)有雷達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，雷達料位計迅速、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)也幾乎由雷達料位計統(tǒng)占物位測量的領域，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%采用了各種類型的雷達料位計。
雷達料位測量原理和主要技術因素 雷達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，由于微波在傳播途徑上有衰減和干擾反射，故測量的關鍵是要能接收到反射回波，并識別出有效回波。接收的回波能量大小與天線的發(fā)射和接收效率以及天線輻射功率有關，故雷達料位計的天線設計和形狀很關鍵，現(xiàn)有的天線除號角天線(喇叭口)和棒狀天線外，還有平面天線和拋物面天線，為用于介電常數(shù)較小的物料，將纜繩作為天線或安裝導波管，纜繩和導波管一直延伸到庫或倉底，由此來傳遞發(fā)送和接收的電磁波，增強了回波的信號。接收的回波能量大小與物料表面的介電特性有關，介電常數(shù)ε高，反射率高，得到的回波強度也高;介電常數(shù)ε低，物料會吸收部分微波的能量，回波強度也較低。通常要求被測物料的介電常數(shù)ε：液體為ε>1.8固體ε>2.5，水泥廠固體ε>2.5，水泥的介電常數(shù)ε為3?！ ≡谒喙S，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。
雷達料位計的選型 a、脈沖型雷達 用于測物位的雷達料位計通常分為兩類：脈沖型雷達(Pulse)和調頻連續(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)，并且在天線結構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)中主要采用了該種脈沖型雷達。 b、顆粒狀物料的選型 在水泥廠原料大多是顆粒狀物料，個別是塊料，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雷達料位計，即帶有棒形或號角形天線的料位計。如用接觸型的雷達料位計，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)。 c、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)?，這些物料全是粉料，非常難測其料位。在庫里的粉料表面極為疏松，微波反射相當困難，為此建議采用接觸型雷達料位計也可選用 蘭的帶有號角天線的非接觸型雷達料位計，還可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雷達料位計測量均化庫、水泥庫和粉煤灰?guī)斓牧衔?，取得較好的效果，
目前的雷達料位計大多是一體化的產(chǎn)品，由二線制供電，可直接控制系統(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)場調試，也可用PC機在控制室調試，如組成FCS系統(tǒng)還可在操作員站調試。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，現(xiàn)有雷達料位計在品種、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。