水泥廠用雷達料位計的應(yīng)用和選型
一.概述
　　物位是水泥工業(yè)生產(chǎn)過程主要測量參數(shù)之一，和其他行業(yè)不同，水泥工業(yè)中主固體物料物位測量，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主要手段，如電容式、重錘式、音叉式、阻旋式等測量方法，測量時儀表和物料是接觸，使用過程中往往會出現(xiàn)各種問題，如電容掛料；重錘斷錘、埋錘；音叉堵料等，且日常維護量很大。到20世紀(jì)90年代，水泥工業(yè)開始采用非接觸物位測量，較早成熟非接觸測量技術(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，應(yīng)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(yīng)用*廣泛非接觸式測量方法，特別液位測量。水泥廠超聲波物位測量已較普遍應(yīng)用原料調(diào)配庫、原煤庫、熟料庫等，但超聲波必須借助于媒質(zhì)傳播，如水泥廠儲庫物位測量通常以空氣作為傳播介質(zhì)，而空氣溫度、濕度、組分等變化會影響超聲波傳播速度，空氣中粉塵也將衰減超聲波傳播信號；當(dāng)前超聲波物位測量僅用于測量塊料或顆粒狀物料，對粉倉料位測量，粉倉料位表面下料時非常疏松，對超聲波信號有較強衰減，故至今還沒有測粉倉料位成功先例。
　　九十年代末期，過程檢測領(lǐng)域出現(xiàn)了高性能、低價格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,微波傳播速度為3x108 m/s, 如設(shè)頻率為5. 8GHz,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)組分影響，傳播衰減也很?。粚Ρ粶y固體物料除要求其介電常數(shù)ε>1.8外，物料溫度、壓力、密度等幾乎不影響對其準(zhǔn)確測量；現(xiàn)有雷達料位計天線設(shè)計和形狀確保了接受回波能量；另外現(xiàn)場調(diào)試也十分簡單，專用軟件，能把正確回波迅速找到，并立即換算為物位值。比超聲料位計有其更**性能，近幾年來，雷達料位計迅速、大量進入了過程檢測儀表市場，各行業(yè)普遍使用。水泥行業(yè)也幾乎由雷達料位計統(tǒng)占物位測量領(lǐng)域，據(jù)統(tǒng)計近幾年來新設(shè)計大型水泥廠和粉磨站各類庫和倉近90%采用了各種類型雷達料位計。
二． 雷達料位測量原理和主要技術(shù)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(biāo)發(fā)射微波，被測目標(biāo)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(yīng)物位值。
微波脈沖來回傳播時間t由下式?jīng)Q定：
t= （1）
式中a—天線到被測目標(biāo)距離
c—微波傳播速度（光速）
微波傳播途徑上有衰減和干擾反射，故測量關(guān)鍵是要能接收到反射回波，并識別出有效回波。接收回波能量Pk可用簡化雷達方程表示如下：
Pk=Pτx C x GiGtGr/r4 （2）
式中： Pτ—天線輻射功率
C ——- 經(jīng)驗系數(shù)，由經(jīng)驗決定
Gi——- 由目標(biāo)表面介電特性及面積決定反射增益
Gt，Gr—天線發(fā)射和接收效率
r—天線與目標(biāo)間距離
　　從式（2）知：接收回波能量大小與天線發(fā)射和接收效率以及天線輻射功率有關(guān)，故雷達料位計天線設(shè)計和形狀很關(guān)鍵關(guān)鍵，現(xiàn)有天線除號角天線（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)較小物料，將纜繩作為天線或安裝導(dǎo)波管，纜繩和導(dǎo)波管一直延伸到庫或倉底，由此來傳遞發(fā)送和接收電磁波，增強了回波信號。
　　從式（2）還知：接收回波能量大小與物料表面介電特性有關(guān)，介電常數(shù)ε高，反射率高，到回波強度也高；介電常數(shù)ε低，物料會吸收部分微波能量，回波強度也較低。通常要求被測物料介電常數(shù)ε：液體為ε>1.8,固體ε>2.5，水泥廠固體ε>2.5，水泥介電常數(shù)ε為3。
　　水泥工廠，各種固體物料儲存庫或倉里，都存物料安息角，回波反射也會象超聲波一樣存漫反射，產(chǎn)生干擾回波和假回波，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(shè)計選型時，要考慮衰減，選量程要留有一定余量。
三 雷達料位計選型
1．脈沖型和調(diào)頻連續(xù)波雷達
　　用于測物位雷達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）。過程監(jiān)測場合主要選用脈沖型雷達，其頻率較低（6.3GHz），天線結(jié)構(gòu)設(shè)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回波信號處理，有攪拌器等復(fù)雜工況中也能識別有效回波，價格相對也較便宜。
2．顆粒狀物料選型
　　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，儲存庫或倉里，都存物料安息角，但也有反射介面。入料和卸料所形成物料安息角和表面情況，確定有效量程后，建議采用非接觸型雷達料位計，即帶有棒形或號角形天線料位計。如用接觸型雷達料位計，會產(chǎn)生對纜繩較大下拉力，造成事故。水泥廠信息反饋，號角形天線料位計回波更強，**度更高（±0.2～±1%F.S）。
3．粉狀物料選型
　　水泥廠和粉磨站水泥庫一般有4～8個，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。庫里粉料表面非常疏松，微波反射相當(dāng)困難，為此建議采用接觸型雷達料位計,也可選用大法蘭帶有號角天線非接觸型雷達料位計，它實際上是把纜繩既當(dāng)天線又作導(dǎo)波管，合二為一，微波脈沖從探頭發(fā)出后沿纜繩傳播，當(dāng)脈沖遇到物料表面時會被反射回來，其量程可達35m，被測物料介電常數(shù)ε*低為1.6,另外纜繩耐磨和忍受*大下拉力，能滿足水泥廠各類粉料庫檢測要求。
4．二線制
　　目前使用雷達料位計大多是一體化產(chǎn)品，由二線制供電，可直接接控制系統(tǒng)模塊，輸出4～20mA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，既可現(xiàn)場調(diào)試；也可用PC機控制室調(diào)試，如組成FCS系統(tǒng)還可操作員站調(diào)試。
四． 結(jié)論
　　水泥廠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，雷達料位計應(yīng)用解人們對水泥廠物位測量疑慮，現(xiàn)有雷達料位計品種、**度、標(biāo)準(zhǔn)材料、耐壓、耐高溫、防爆等方面都能滿足水泥廠檢測和控制要求。