智能超声波水泥料位仪

水泥厂和混凝土搅拌站的仓内料位是生产过程控制的重要参数之一，水泥行业应用较多的料位计有重锤式料位计、音叉式料位计、电容式料位计、超声波料位计等。重锤式料位计属接触式计量方式，但重锤及其链带易被水泥或生料粉粘裹，且受粉料冲刷，从而造成断带、掉锤头等故障，影响下道工序的安全生产。工业过程控制系统的各种储罐、料仓检测中常用的超声波液位计、料位计，在常压、被测物料对超声波吸收较小，工作环境温度不太高的工况条件下应用的不少，但是，能在储罐、料仓内有压力、被测物料对超声波具有强吸收、高衰减（如水泥等）的工况条件下工作的超声波料位仪尚未见到成功应用的报道。因此，研制能对水泥物料进行测量的安全、准确、大量程超声波物位仪表已成为急需。上海同济大学声学研究所针对这一状况，成功地研制了一种在水泥储仓或库内即使有５×１０帕压力、温度７０℃以上、弥漫雾状工况条件下也能有效工作的超声波水泥料位仪，该仪器量程为４２米（刚性面，量程可达到１３０米），盲区１．５米，测量精度可达全量程的±０．５％。

工 作 原 理

超声波测量物位是利用声纳原理来确定物料在容器内的位置，是一种在空气中的声纳定位设备。它的工作原理可简述为：超声波换能器发出的超声脉冲，通过空气传到物料的界面，经界面反射回到发射换能器并被其接收。只要测出超声脉冲从发射到接收所用的时间，再根据空气中的声速，就可计算出换能器到物料面的距离，从而确定物位。

仪 器 的 设 计

此前的超声波料位仪未能有效地测量水泥料位的原因在于：（１）水泥物料对超声波有很强的声吸收；（２）水泥物料在储存的运送过程中无论是采用气流输送或是提升机输送，都会使水泥在库、仓中的堆积密度随时间而变化；（３）水泥从库、仓顶部送入，使库、仓内呈现弥漫气雾状。此外有时入库、仓时水泥温度很高，这也是测量水泥料位的一大障碍。

根据以上综合分析，上海同济大学声学研究所设计了超声波料位仪。在软件的支持下，通过键盘可进行人机对话，根据现场工况条件，进行参数设置。由于各现场工况条件差异甚大，特意设计了一种鉴别真伪信号的电路。另外，软件中也增设了判别信号真伪的功能，进一步保证了测量结果的准确性。

换 能 器

超声换能器是料位仪的关键部件，它担负着超声波的发射和接收的任务。

为了获得高的发射效率和接收灵敏度以及能长期连续有效地进行检测，而其表面不聚集水泥物料，我们选用了纵向——圆盘弯曲复合振动模式的换能器。并在换能器辐射表面采用了特制的耐高温低声速材料，使其既能提高发射效率，又能耐高温。另外还要考虑水泥料面对声波的反射强度、声波路径传播损失、接收指向性、现场环境噪音以及筒、库内的物料状态；也不能忽视筒、库内有压力，物料面反射强度极弱时的状况。经过近两年的使用考验，它能连续、有效地进行检测，其表面不会聚集水泥物料，达到了预期目标。