物位计是指对容器中固体物料高度的变化进行实时检测的仪表。 此种仪表通常输出4-20mA或1-5V的标准信号与显示仪表或计算机系统连接,也可以通过RS-485或Modbus/Profitbus/Hart现场总线方式与计算系统相连接。
各种物位计的工作原理:
一、接触式测量仪表
1、重锤式料位计料位探测过程由控制器 接近开关PRCMT18-5D0 发出的信号来控制,当传感器接到探测命令时,电机正转,经蜗轮、蜗杆减速后带动齿轮轴和绕线筒转动,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,灵敏杠杆动作使微动开关 微动开关MS-1743 接触,控制器得到该信号即发出电机反转命令,重锤上升返回,直到碰顶开关电机停转,重锤回到仓顶原位置完成一次探测过程。此过程中控制器通过检测绕线筒的圈数计算出重锤从仓顶到料面的距离。
2、电容式料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控制信号。
3、阻旋式料位计基本原理是同步微电动机减速后,带动检测叶片以2.5~5r/min的转速旋转,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。只要此料位不变,该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,其状态也将一直保持下去。
二、非接触式测量仪表
1、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。
2、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。该料位计适用于块状、颗粒状的固态料位测量。
3、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。
两种工作模式:
A、脉冲波(PULSe)方式:大多数脉冲式雷达料位计采用的微波频率为5.8GHz,辐射角较大,精确度约为0.2~0.3[%]F.S.,一般中档以下的微波物位计 执行元件NSTMB32-150 都用此方式。
B、调频连续波(FMCW)方式:测量线路较复杂,精确度较高可达0.1[%]F.S.,干扰回波也较易去除。
4、导波式雷达料位计此为雷达料位计的一种变型,通常采用脉冲波方式工作。与雷达料位计不同微波脉冲不是通过空间传播,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。
物位计选型指南
雷达料位计选型:
1、脉冲型和调频连续波雷达
用于测物位的雷达料位计通常分为两类:脉冲型雷达(Pulse)和调频连续波雷达(FMCW)。在过程监测场合主要选用脉冲型雷达,由于其频率较低(6.3GHz),并且在天线结构设计时充分考虑了冷凝、积料等影响,还能利用超声波料位计中的回波信号处理,在有搅拌器等复杂工况中也能识别有效回波,价格相对也较便宜,故在水泥行业中主要采用了以VEGA公司为代表的VEGAPULS型脉冲型雷达和E+H的Micropilot M FMR型,调频连续波雷达由于发射功率大,量程大,价格也有较大下降,而且可靠性高,故最近在水泥行业已较多采用了以SIEMENS公司为代表的LR型调频连续波雷达。
2、颗粒状物料的选型
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,都存在物料的安息角,但也有反射介面。根据入料和卸料所形成的物料安息角和表面情况,在确定有效量程后,建议采用非接触型的雷达料位计,即带有棒形或号角形天线的料位计。如用接触型的雷达料位计,会产生对缆绳较大的下拉力,造成事故。根据水泥厂信息反馈,号角形天线的料位计回波更强,精确度更高(±0.2~±1% F.S),常用型号为PULS54或SITRANS LR400。
3、粉状物料的选型
在水泥厂和粉磨站水泥库一般有4~8个,在水泥厂还有生料均化库和粉煤灰库,这些物料全是粉料,非常难测其料位。在库里的粉料表面非常疏松,微波反射相当困难,为此建议采用接触型雷达料位计,也可选用大法兰的带有号角天线的非接触型雷达料位计,较典型的产品有VEGA-flex52K和E+H的FMP40缆式雷达料位计,它实际上是把缆绳既当天线又作导波管,合二为一,微波脉冲从探头发出后沿缆绳传播,当脉冲遇到物料表面时会被反射回来,其量程可达35m,被测物料的介电常数ε最低为1.6,另外缆绳的耐磨和忍受的最大下拉力,能满足水泥厂各类粉料库的检测要求。目前已有许多水泥厂用缆式雷达料位计测量水泥库和粉煤灰库的料位,取得较好的效果,如海螺荻港、浙江三狮、陕西耀县、甘肃祁连山等水泥厂。由于均化库的工况复杂,建议采用VEGA-PULS68或西门子的产品,型号为SITRANS LR400,24GHz,量程最大为45m,四线制。
4、二线制
目前使用的雷达料位计大多是一体化的产品,由二线制供电,可直接接控制系统的模块,输出4~20mA的模拟信号,可节省大量电缆;同时还提供HART数字信号和各种协议的现场总线的数字通信功能,和计算机监控系统连接非常方便,既可在现场调试;也可用PC 机在控制室调试,如组成FCS系统还可在操作员站调试。