1　概述
　　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(jì)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(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，在應(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zui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(yīng)用在原料調(diào)配庫,、原煤庫、熟料庫等,，但超聲波必須借助于媒質(zhì)傳播,，如在水泥廠的儲庫物位測量通常以空氣作為傳播介質(zhì)，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(dāng)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。
　　90年代末期,，在過程檢測領(lǐng)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(shè)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(zhì)組分的影響,，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,，物料的溫度,、壓力、密度等幾乎不影響對其準(zhǔn)確的測量,；現(xiàn)有雷達料位計在天線設(shè)計和形狀確保了接受回波的能量,；另外現(xiàn)場調(diào)試也十分簡單，通過的軟件,，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(lǐng)域，據(jù)統(tǒng)計近幾年來新設(shè)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,，天威公司的PLUS54現(xiàn)場總線型PA雷達料位計,，還成功用在云南紅塔滇西水泥公司的3條水泥生產(chǎn)線的8個水泥庫中，和其他儀表組成了新型的FCS系統(tǒng),。
2　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)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，并可算出相應(yīng)的物位值,。
　　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)的距離,；
　　c—微波傳播的速度(光速)。
　　由于微波在傳播途徑上有衰減和干擾反射,，故測量的關(guān)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Pk可用簡化的雷達方程表示如下：
　　Pk=PτxCxGiGtGr/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的反射增益；
　Gt,，Gr—天線發(fā)射和接收效率,；
　　r—天線與目標(biāo)間的距離。
　　從式(2)知：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(guān),，故雷達料位計的天線設(shè)計和形狀很關(guān)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(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)送和接收的電磁波，增強了回波的信號,。
　　從式(2)還知：接收的回波能量大小與物料表面的介電特性有關(guān),，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,。
　　在水泥工廠，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(shè)計選型時,，要考慮衰減,，選量程要留有一定的余量,。
3　雷達料位計的選型
3.1　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(diào)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(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的回波信號處理，在有攪拌器等復(fù)雜工況中也能識別有效回波,，價格相對也較便宜,，故在水泥行業(yè)中主要采用了以VEGA公司為代表的VEGAPULS型脈沖型雷達,。
3.2　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，度更高(±0.2％～±1％F.S),常用型號為PULS54,。
3.3　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)欤@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(dāng)困難,，為此建議采用接觸型雷達料位計,也可選用大法蘭的帶有號角天線的非接觸型雷達料位計，較典型的產(chǎn)品有VEGA－FLEX52K和E＋H的FMP40纜式雷達料位計,，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，被測物料的介電常數(shù)εzui低為1.6,另外纜繩的耐磨和忍受的zui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,，如海螺荻港,、浙江三獅,、陜西耀縣,、甘肅祁連山等水泥廠。
3.4　二線制
　　目前使用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(diào)試,，也可用PC機在控制室調(diào)試，如組成FCS系統(tǒng)還可在操作員站調(diào)試,。
4　結(jié)論
　　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,，雷達料位計的應(yīng)用解除了人們對水泥廠的物位測量的疑慮，現(xiàn)有雷達料位計在品種,、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的要求。