水泥厂常用料位计的原理和应用

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水泥厂常用料位计的原理和应用

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（湖南长沙*&湖南省建筑材料设计研究院，山东枣庄%+枣庄市薛城区水泥一厂，

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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，除生料、煤粉、水泥、混合材库外，篦冷机下料、立窑的卸料等工艺环节都有应用。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。按生产工艺要求，料位测量装置有#

类，一是极限料位检测，即料位开关，一般有上、下限即发出#个检测点。一旦料面达到预先设定的料位，控制信号，使喂料或卸料设备进行相应的动作。二是连续料位测量，有定时测定和需要时进行测定#种工作方式，用于较精确掌握料面高度的场合。有时为较好满足工艺要求，在一个料库上既设置连续测量的料位计5又配置固定高度的料位开关，即#种料位计各司其职5互相补充。

实际采用的料位计种类很多5必须针对不同工艺物料要求、不同料库5选用不同的料位计。本文对水泥厂常用料位计的原理和应用进行介绍。

成标定，功能齐全、性能可靠、控制及时、显示直观。

安装此类料位计时应注意选取合适的安装点，避开下料口6注意信号线的屏蔽和接地，防止干扰。但仓内物料温度、湿度、运动速度的变化以及物料粘挂仓壁和电极等因素的影响，引起电容介电常数的变化。因此5若用作连续料位检测5其测量精度不高5通常用作料位开关。必须定期检查探头和料位开关动作情况并进行校验。

"阻旋式料位计

阻旋式料位计是一种料位开关。它也有不同的

检测控制方式，如某产品的基本原理是同步微电动机经减速后，带动检测叶片以#&!7!89:;

旋转，当被测物料的料位上升使叶片的转动受到阻碍时，检测机构便围绕主轴产生旋转位移。此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。只要此料位不变这种状态便一直保持下去。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，只要没有物料阻挡检测叶片的转动，此种状态也将一直保持下去。为防止使用中物料的冲击，库侧安装时应在检测叶片上方的料仓内壁上方安装防护板；如采用加长轴顶置垂直安装时，则应在轴套外安装保护套筒。此种料位开关结构简单、价格低廉、维护方便5多用作粉状物料料仓的料满开关，但不适合高温下工作。

!电容式料位计

电容式料位计原理是插入料仓中的电极与料仓

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时，通过转换电路得到相应的控制信号。因为电容量是连续变化的，因此该料位计可以用作连续式料位测量，也可用作料位开关，作为报警或喂料、卸料设备的输入信号。该料位计有造价低、无机械磨损、安装和维修方便等特点。传统的方式是通过调频振荡电路实现电容量到频率的转换，又经限幅放大及鉴频器的线性化，得到相应的电压或电流信

号。若使用一段时间后电极（探头）上粘有物料，则往往会导致控制器误动作，现已由传统的检测电容量发展为检测探头与仓壁间导纳的方式。

依据量程的大小和控制方式的不同，电极设计成杆（棒）式或钢缆（重型钢缆）式，可应用于各种料仓。现在的新型产品为全密封一体化安装结构，采用射频振荡器和数字集成电路，无运动机械部件，“数字标定技术”使得用户可以在空仓的状态下一次完

#!射线料位计

!射线料位计常用作料位开关。工作原理是在

料库的一侧设置同位素源5在另一侧设置探测器5同位素源向探测器定向发射!射线5若库内料面低于它5探测器检测得出料空信号6若库内料面高于它5则物料遮挡、吸收!射线5探测器检测得出料满信号。依据料仓的形状和工艺要求，!射线料位计可安装在不同的位置。它是非接触式测量，常用于工作

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环境恶劣的大型混凝土料库，如水泥熟料库。此时，要求所用的同位素源强.常用(&/"源.源强达,"0

!射线料位计还广泛用在立窑的卸料料封控1""2(3。

制上。!射线被管中的熟料所吸收.探测器发出料满

信号启动下面的卸料电振机。此时!射线料位计的同位素源常用源强较低的且半衰期很长的(41#5源。

它还可以用作窑尾预热器防堵的料位报警或者选粉机下料管的锁风。因有时接收器靠近热源，易导致信号失真和仪器寿命缩短，因此在高温环境工作时应重视冷却问题。它的特点是日常运行维护工作量小，操作简单，但也存在!射线料位计放射源污染环境，放射源的衰减使料位控制不可靠等不足。

接收，信号经转换成料位信号。由于微波沿缆绳传播，脉冲的强度及方向性均不受粉尘及料面松散程度的影响。同时可通过软件设计对干扰进行抑制。其传播缆绳经过耐磨性、下拉力试验，可以适应水泥厂的工况，此种料位计测量精度高，已在水泥厂成功应用。但产品价格高使应用范围受限制。

#重锤式料位计

机电重锤式料位计是连续测量料位计。由探测

单元和控制器组成。常用于粉状物料和粒状物料的连

续测量。探测单元安装在料库顶上，用钢丝绳（钢带）的末端系一重锤。当需要测量时，电动机带动重锤下降，至料面时，钢绳（带）的张力松驰，电动机停转并反转，使重锤回到库顶。检测钢绳6带7位移的距离.得出库内料位。控制方面，检测重锤接触物料从而控制电动机启停有不同的方式。控制器通常远离环境恶劣的现场，设置在控制室，可与上位机联网。

重锤料位计安装、运行注意事项8

17测量点的选择8如料库为中心进料.探头单元应安装在料库半径的19!处.探头与进料口的水平距离要:12，应远离下料口。

!7由于测量重锤上升时有摆动.故在重锤升降时以"$,2为半径的圆柱空间内应无钢筋等障碍物。

库内装料时.不进行测量.因为进料可能埋锤.#）易造成故障。

定时检查清理探头单元、钢绳（带）、测量锤等’）并定时校验控制器。

重锤式料位计是接触式测量，基本上不受库内温度、湿度、粉尘的影响，计量精度较高而且国产设备的价格相对较低，有的产品还具有在线和离线调试的功

能。但维修工作量较大，主要是因为锤头和钢绳（带）易被粉料粘裹，受粉料冲刷，造成断绳、掉锤头事故。目前，重锤料位计在水泥厂仍占有一定市场，但必需加强维修管理以保证正常运行。

!超声波料位计

超声波料位计装置是利用声纳原理来确定容器

内物料料位的，是一种在线声纳定位设备。超声波换能器发出的超声波脉冲，通过空气传到物料的界面并被反射，测出超声波脉冲从发射到换能器接收所用的时间，再根据空气中的声速，就可计算出换能器到物料面的距离，从而确定料位。物料表面的松散程度，对超声波信号的衰减影响很大；若料仓中弥漫料尘时，超声波会被料尘吸收，从而使信号有所衰减，且粉料粘附在换能器表面等原因都严重影响料位测量的准确性。因此，超声波料位测量装置适合块状物料的连续料位监测。

为解决该类仪器的不足，某些生产厂家，通过采用新材料、新技术，提高了换能器发射强度，避免了换能器的挂料、堵塞现象，并能应用于高温环境。在控制电路设计中，增加鉴别真伪信号的功能，使研制的超声波料位计成功应用于水泥仓。笔者曾到北京某混凝土搅拌站现场考察过某大学声学研究所的仪器，发现它安装和使用方便，测量数据精确。

"雷达料位计

雷达料位计工作原理和超声波料位计类似，它

发射的微波是一种电磁波，其传播速度不受介质的特性影响。它是利用电磁波回波测距原理来实现料位测量的。微波从天线出发，到达被测目标经反射再被天线接收，按微波来回传播时间来计算的距离反映了料位。一般有脉冲雷达和调频连续波雷达!种。由于受粉尘、料面坡度及物料松散程度的影响，微波在传输过程中会有衰减，影响其准确性和可靠性。某公司生产的缆式导波雷达可以解决传统雷达料位计的上述缺点。它的原理是高频脉冲从探头发出后沿缆绳传播，当脉冲遇到料位表面时将会反射回来，由接收器

$称重式料位计

称重式料位计是一种非接触式料位计。在水泥生

产工艺中的不同环节都可以应用，它的基本原理是将料仓（斗）整个浮空并置于几支传感器上，传感器获取仓中料的质量并传送给控制器，控制料仓的喂料或卸料操作，保持料仓料位稳定。由于它需要将整个料仓浮空.所以适用于金属料仓。它既可作料位开关也可用作连续料位计（计量精度较高可达1;）.常用在各种小型中间仓。若作为连续料位计，常用作小型干法

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朱珠+等2水泥厂常用料位计的原理和应用

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水泥窑的窑头、分解炉的喂煤量的计量仓和入窑生料量的计量、标定仓，解决了稳定喂料（煤）问题。还有用作辊压机上方的稳料中间仓的料位检测控制。也有用在包装机回转筒上方的缓冲仓作限位开关用，控制进、卸料，以保持缓冲仓内的料位相对稳定。

在某些计量设备，如冲量流量计、科里奥利秤、转子秤等前的料仓一般都设有压力传感器，一方面检测仓的料位，起到稳流的作用，另一方面又能给其下游的这些计量设备进行标定，即通过相对静态的料仓减少量来标定动态的计量设备的精度。

根据不同的料仓特点来选择合适的料位测量装置。首先要明确所测的物料的特性，即粒料、粉料还是块状料，物料温度的高低如何；其次要认真考察所选仪器的检测部分、控制部分的性能原理；要在实际中合理应用，解决好信号的干扰等问题。一般而言，电容式、阻旋式、音叉式、膜式多用于料位开关!射线料位式、

使用；重锤式、雷达式、超声波式多用于连续式料位检测；而称重式则用于体积不大的金属仓的连续料位或限位检测，主要用于下游计量设备的喂料稳定和流量标定。生产中也常有在*个料库上既设置连续测量的料位计+又配置料位开关的情况。如，某#$$$,-.生产线料位计、料位开关设置见表*。

表#

位置石灰石库

雷达料位计重锤料位计

生料磨头仓

超声波料位计电容式料位开关重锤料位计

均化库

音叉料位开关重锤料位计

水泥库

音叉料位开关重锤料位计

水泥磨头仓

电容式料位开关

篦冷机锁风

电容式料位开关

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!薄膜式料位计

薄膜式料位计主要由薄膜和行程开关组成，其

原理是当料到达仓壁上安装的料位计位置时，薄膜受压力使行程开关动作，去控制喂、卸料设备的启停。由于制作简单、成本低、实用性强等特点，许多企业都自行设计制作。用于制作薄膜的材料很多，有输送皮带的胶皮、聚四氟乙烯涤纶针刺毛毡、金属薄片等，但需要其能抗磨损、弹性好，有时需适应高温工作环境，适用于粉状和颗粒状物料仓。安装时要有良好的密封性能。结合工艺要求，控制电路设计上可以有上下限报警、上下限动作等功能。

某%$$$&’(线料位计、料位开关设置

种类重锤料位计

数量!

"音叉式料位计

音叉式料位计由压电晶体（振子）、电子电路和

端部压紧#组探测音叉构成。音叉由#块极板组成，

压电晶体，一组是驱动元件，驱动音叉产生振动，另一组是检测元件，将叉体振动变换成电压。二者分别接于放大器的输入和输出端，形成振荡电路。当叉体被固体物料所阻尼时，振荡器停振，继电器输出开关信号，进行料位的有关动作。若大颗粒物料堆积在两极板间，会影响测量精度。因此该料位计较适合粉料和小颗粒料的测量。

除以上"种料位计外，对有气压的料仓，如单仓

泵的料位检测中，可利用物料料位不同而仓内压力不同，将仓内压力引出进行测量，从而得到料位信号的差压料位检测方式。在立窑熟料卸料时，通过对落料声的采集与微机处理，对其信号的幅值、频率进行拟合，将拟合值与软件中的数据库数据进行比较，以判断料位高低的声控料位计等。

笔者认为，水泥生产线上各种料仓（库）的工作环境都很恶劣，任何一种料位计都需要精心的维护、定期的校验才可能良好地运行。如，重锤式料位计适用于水泥行业各种不同粒度的固体物料的测量和控制，所以除产品生产厂家要解决好钢绳机械强度和控制仪表可靠性的问题，还要求使用厂家要严格按规范操作，杜绝进料时测量现象，以防冲击锤头，并定期校验维护。冀东水泥集团在已投入运行的%条生产线、在

其生料库、熟料库、建的%条生产线及多个粉磨站中，

水泥库的料位检测均采用重锤式料位计，且大部分由该集团机电设备公司自行研制。为什么冀东集团对重锤式料位计这样信任，而有些水泥厂家的重锤式料位计却无法使用？笔者认为，除设备的质量因素外，这也与冀东集团长期使用一种产品，对其技术、性能有很多了解，对其使用、维护有较多经验有关。这个事例也说明了料位计在使用过程中要精心维护、定期校验。

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顾志玲1

#$生产中应注意的问题

众多形式的料位计为料位检测带来了便利，但在

实际使用中很难找到一种较为理想而又通用的料位计。生产中测量的对象很多，以料仓为例，其大小、形状、材质差别很大，储存物料的特性也不同，因此必须