雷达料位计在水泥厂的应用和选型
时间：2021-11-13 06:27:40
一.概述
物位是水泥工业生产过程中的主要测量参数之一。与其他行业不同，水泥工业主要是固体材料的物位测量，而液位测量很少。固体材料种类繁多，包括块状材料、颗粒状材料和粉末材料。这些材料的介电常数、容重、温度和含水量也不同。接触式测量是过去测量物位的主要手段，如电容式、重锤式、音叉式、阻旋式等。由于仪表和材料在测量过程中是接触的，在使用过程中经常会出现各种问题，如电容器的悬挂材料；重锤的断锤和埋锤；音叉堵塞材料，日常维护量大。到20世纪90年代，水泥工业开始采用非接触物位测量。早期成熟的非接触测量技术包括超声波技术和核辐射技术（γ射线）。由于放射源，核辐射技术的应用受到限制。
近年来，超声波技术发展迅速，是一种应用**的非接触测量方法，尤其是液位测量。水泥厂超声波物位测量已**应用于原料配送仓库、原煤仓库、熟料仓库等，但超声波必须借助媒体传播。例如，空气通常用作水泥厂仓库物位测量的传播介质，空气温度、湿度和成分的变化会影响超声波的传播速度，空气中的灰尘也会衰减超声波的传播信号；目前，超声波物位测量仅用于测量块状或颗粒状物料。对于粉末仓库物位的测量，由于粉末仓库物位表面下料时非常疏松，超声波信号衰减强烈，目前还没有测量粉末仓库物位成功的先例。
20世纪90年代末，在过程检测领域出现了高性能、低价格的微波物位计，即雷达物位计。所谓微波是电磁波，其频率范围为300MHz~300GHz，微波传播速度为3x108m/s。如果频率为5.8GHz，大气中波长约为52mm，穿透力强，传播速度不受粉尘、蒸汽和介质成分的影响，传播衰减也很小；除了要求介电常数为1.8外，测量固体材料的温度、压力和密度几乎不影响其准确测量；现有的雷达物位计在天线设计和形状上保证了接收回波的能量；此外，现场调试也很简单。通过软件，可以快速找到正确的回波，并立即转换为物位值。由于其性能优于超声波料位计，近年来雷达料位计进入过程检测仪器市场，**应用于各行业。在水泥行业，雷达料位计几乎占了物位测量的领域。据统计，近年来，新设计的大型水泥厂和研磨站近90%的仓库和仓库采用了各种类型的雷达料位计。天康PLUS54现场总线PA雷达料位计也成功应用于云南红塔滇西水泥公司三条水泥生产线的八个水泥仓库，与其他仪器形成了新的FCS系统。
二、雷达料位测量原理及主要技术因素。
雷达料位计采用回波测距原理。发射天线向被测目标发射微波，被测目标接收天线接收微波。信号处理器将发射信号与接收信号进行比较，计算被测距离，并计算相应的物位值。
微波脉冲来回传播时间t由以下决定：
t=（1）
从a-天线到被测目标的距离。
c-微波传播速度(光速)
由于微波在传播途径上有衰减和干扰反射，测量的关键是接收反射回波并识别有效回波。回波能量Pk可以用简化的雷达方程表示：
Pk=P=xcxGiGtGr/r4(2)
公式：P-天线辐射功率。
C-经验系数由经验决定。
Gi-由目标表面介电特性和面积决定的反射增益。
Gt，Gr-天线发射和接收效率。
r-天线与目标的距离。
从式(2)知道:接收的回波能量与天线的发射和接收效率以及天线的辐射功率有关，因此雷达料位计的天线设计和形状至关重要。除了号角天线(喇叭口)和棒状天线外，现有的天线还有平面天线和抛物面天线。为了介电常数小的材料，电缆被用作天线或安装导波管。电缆和导波管一直延伸到仓库或仓库底部，从而传递和接收电磁波。
从式(2)还知道，接收的回波能量与物料表面的介电特性有关，介电常数高，反射率高，回波强度高；介电常数低，物料会吸收部分微波能量，回波强度低。被测物料的介电常数通常要求为：液体为1.8，固体为2.5，水泥厂固体为2.5，水泥介电常数为3。
在水泥厂，储存在仓库或仓库中的各种固体材料都有材料的休息角。回波反射也会像超声波一样漫反射，产生干扰回波和假回波。干扰回波和假回波可以通过软件排除，但有效回波强度会大大降低。因此，在设计和选择类型时，应考虑衰减，并在选择范围内留有一定的余量。
选择三雷达料位计。
1.脉冲型和调频连续波雷达。
用于测量物位的雷达料位计通常分为脉冲雷达和调频连续波雷达两类。脉冲雷达主要用于过程监测场合。由于其频率低(6.3GHz)，在天线结构设计中充分考虑了冷凝和积料的影响，超声波料位计中的回波信号也可以用来处理，有效回波可以在搅拌机等复杂条件下识别，价格相对便宜。由于发射功率大、量程大、价格大、可靠性高，调频连续波雷达价格大幅下降。
2.颗粒状物料的选择。
水泥厂的原材料多为颗粒状材料，少数为块状材料，如石灰石、原煤、页岩等。半成品熟料也是颗粒状材料，存放在仓库或仓库中，有材料的休息角，但也有反射介质。根据进料和卸料形成的材料安息角和表面条件，在确定有效范围后，建议使用带棒形或角形天线的非接触雷达料位计。如果采用接触雷达料位计，会对缆绳产生较大的下拉力，造成事故。根据水泥厂的信息反馈，号角形天线的料位计回波更强，度更高(±0.2~±1%F.S)。
3.粉末材料的选择。
水泥厂和粉磨站一般有4~8个水泥库，水泥厂也有原料均化库和粉煤灰库，这些材料都是粉末，很难测量其料位。库中的粉末表面非常松散，微波反射非常困难。因此，建议使用接触式雷达料位计或带有号角天线的大法兰非接触式雷达料位计。事实上，电缆是作为天线和导波管制成的。微波脉冲从探头发出后沿电缆传播。当脉冲遇到材料表面时，它会被反射回来，其范围可达35m，被测材料的介电常数低于1.6。此外，电缆的耐磨性和耐受性目前，许多水泥厂使用电缆雷达料位计测量水泥库和粉煤灰库的料位，取得了良好的效果，如海螺迪港、浙江三狮、陕西耀县、甘肃祁连山等水泥厂。
4．二线制
目前使用的雷达料位计多为一体化产品，由二线系统供电，可直接控制系统模块，输出4~20ma模拟信号，节省大量电缆；同时还提供HART数字信号和各种协议的现场总线数字通信功能，与计算机监控系统连接非常方便，可在现场调试；控制室也可以使用PC进行调试。例如，FCS系统也可以在操作员站进行调试。
四．结论
水泥厂物位测量是水泥生产线自动化系统的重要组成部分。雷达料位计的应用缓解了人们对水泥厂物位测量的疑虑。现有雷达料位计可满足水泥厂在品种、程度、标准材料、耐压、耐高温、防爆等方面的检测控制要求。
