一、引言
料位测量是物位测量中的一个分支。物位是指贮存容器或工业生产设备里的液体、粉粒状固体、气体之间的分界面位置，根据具体用途分为液位、料位和界位传感器。
目前，我国主要是以原煤为发电燃料，大多数电厂锅炉都采用煤粉向锅炉供料。对于直吹式供料的锅炉，煤仓料位高低关系到锅炉乃至发电系统能否正常运行。煤仓料位过满溢出，造成冒煤事故；煤仓料位过低或排空会造成燃烧不稳甚至灭火停机的大事故。对于中贮式供料的锅炉，既有煤仓，又有粉仓，煤仓粉位的控制尤为重要。煤粉仓是燃料的中转站，煤粉是用空气传输的，高热的气体使煤粉进入煤仓中就有了一定的“基温”，一般在70° C左右，其作用是使煤粉有一定的离散性。可是，这个温度使煤粉中的水分快速蒸发并被吸潮管排出仓外，煤粉将越来越干燥，这种煤粉是极易集热，集热的zui终结果是燃烧。燃烧加剧周围乃至仓内的集热，周而复始，恶性循环，这样如不能及时的有效控制，其结局将是白白烧掉大量煤粉。据有关资料报道，自燃煤粉约占发电总用煤量的0.5%左右。另外，煤仓煤粉爆炸的损失更大，多年来，煤仓煤粉爆炸事故常有发生，给火电厂造成巨大损失。目前，zui经济、zui适用的方法是通过可靠的料位传感器对煤仓的煤位和粉位进行监控，使其始终处于zui佳中转适控状态，这是火力发电机组安全运行的首要保证。
二、原理及特点
火电厂目前采用的料位传感器主要有重锤式、核辐射式、超声波式和电容式。
1．重锤式料位传感器
重锤式料位传感器由伺服电动机、悬有重锤的钢丝绳、料位发信装置以及带微机的显示仪表所组成。起动后，微机发出降锤信号，伺服电动机转动放下重锤，当重锤碰到料面后，发信器发出信号给微机，使重锤停止下降并发出升锤信号，伺服电动机反转使重锤上升，并发出料位信号值给显示仪表。重锤升至仓顶后电动机停转，经过一段延时后再重复上述动作。显示仪表上还有料位上、下限报警发信等装置。 重锤式料位传感器可解决一定量程范围内的测量问题，典型的测量范围可达60m，而且这种测量与蒸汽、灰尘无关，具有较高的测量精度。
2．核辐射式料位传感器
放射源Co-60（半衰期5.26年）和Cs-137（半衰期32.2年）发射的g 射线能够穿透容器壁和容器内的物料。在贮仓下侧装有g 射线接收器，随着料面高度的变化，g 射线穿过料层后的强度也不同，接收器检测出射入的g 射线强度并通过显示仪表显示出料位高度。
这是一种非接触式测量法，无需在容器上穿孔而损坏容器，所以适用于危险物品以及高温高压等恶劣环境下的测量。g 射线对人体固然存在有害作用，但对于有限剂量，在妥善防护下并无危险。
3．超声波式料位传感器
在贮仓顶部对着料面装有超声波发生器和接收器。发生器发出的超声波经空气层射至料面后就被反射，一部分反射被接收器所接收，由超声波发射至接收所经历的时间乘以声速就可计算出料位高度。 由于空气温度的高低会影响声波的传播速度，所以还需测量空气温度以修正声速。超声波式料位传感器适合于测量粒度较大的块料料位。
4．电容式料位传感器
电容式料位传感器是采用测量容器的探头与容器内壁之间、两探头之间或探头与同心测量管之间的电容，利用物料介电常数恒定时极间电容正比于料位的原理进行工作的。
电容式料位传感器的特点是无可动部件，与物料密度无关，但要求物料的介电常数与空气介电常数差别大，变化的介电常数在进行连续测量时要加以补偿，且需用高频电路。
超声波式和核辐射式料位传感器多为国外引进产品，如美国凯瑞（Kay-Ray）公司和马格尼特（Magnitrol）公司的超声波式料位计，精度可达0.25级；德国E+H（Endress+Hauser）公司的DU212和DU213，zui小盲区是0.7m，此范围以内不能使用，zui远距离受声功率限制，只能测40m内的料位；德国E+H公司的QG型为核辐射式料位传感器，发射源的Co-60或Cs-137封装在灌铅的钢保护罩内，此罩设有可开闭的窗口，不用时关闭，以免辐射危害。接收器是管状结构，长100 ～1500mm，它安装在与发射源相对应的位置，若g 射线发散角、距离和接收器三者相互配合，在整个量程范围内都能有效地检测。
三、应用
沈阳电力高等专科学校自动控制研究所研制了重锤式料位传感器，并把它应用在670T/h锅炉煤粉仓的料位测量上。
（一）构成原理
该重锤式料位传感器的型号为SE-2，也称智能料位仪，它主要由探测器和控制器组成。探测器由开关磁阻电动机、传动机构和重锤也称探头）组成，由重锤行程反映料位高度。控制器由单片机（8098）、显示器、功率变换器和面板组成。面板采用PVC贴膜，具有数码管显示器、触摸按键和指示灯。用软件控制探测器中重锤的升降过程。
重锤固定在开关磁阻电机的钢丝绳上，依靠自身重力随绕线轮垂直下降某一单位高度，以提升电流的大小判断重锤是否接触到煤粉表面。若提升电流很小，说明重锤已接触到煤粉，这时发出脉冲信号，电机反转至初始位置，使重锤提升至仓顶复位，防止重锤被煤、粉淹埋。 若煤或粉很少时，重锤继续下降，分段采集信号，直到触及到煤或粉位，或重锤下降到煤、粉位极限位置，再将重锤提到复位位置并报警，限位开关闭合，电机断电，一次检测结束，等待下一次检测指令。
以单片机（8098）为主控单元的二次仪表接收光电开关输送的磁阻电动机转数信号，经数据处理后进行料位的数字显示。
（二）特性
SE-2重锤式料位传感器的主要特性如下：
①可在加料过程中自动连续运行，不受物料的塌落埋压及冲击等影响；
②其结构可靠性高，适应温度高、灰尘大和烟雾浓的恶劣环境；
③具有手动随时检测和自动定时检测两种功能；
④具备上、下限值报警功能和循环显示多点料位高度功能；
⑤有可恢复性故障的恢复处理功能，不可恢复故障的重锤复位及故障信号的显示报警；
⑥对不可恢复的重锤故障，可以用强制提升和下放重锤的功能来处理；
⑦操作简便，使用安全，测量精度高。
（三）应用效果
SE-2重锤式料位传感器经过调试和近两年的生产运行，取得了良好的应用效果：
1．改变了煤仓料位检测的落后状态，提高了料位控制的监测水平；
2．彻底结束了人工摇漂测量煤粉粉位的历史，把工人从繁重的手工劳动中解脱出来，改善了工作条件；
3．为火电厂的制粉系统提供了可靠的料位数据，保证了燃煤供给系统的安全和经济运行。
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