場效應料位計在火電廠除灰系統(tǒng)的應用

鄭 偉，盧有成

（1.深圳市能源環(huán)保有限公司，深圳 518000；2.內蒙古科迪自控設備有限公司，內蒙古 014300）

0 引言

眾所周知，在物位測量中，因被測對象和介質復雜多樣，測量手段也就因對象而各異多樣。因此，物位儀表因被測對象不同而形式多樣。目前，料位測量的主要形式有：1）機械式：如鋼帶重錘式料位計、阻旋式料位計、稱重式料位計等；2）電容電感式遠傳料位計：主要有射頻導納式料位計和電磁感應位移檢測料位計等；3）非接觸式料位計：主要有高頻雷達料位計、超聲波料位計，無源核子料位計等。

每一種料位計測量原理各有不同，應用場合各有特點。本文所介紹的場效應料位計是一種新型磁阻波感應式料位計。

這種新型場效應料位計克服了傳統(tǒng)料位計的諸多弊端，真正做到了免維護，免調試。具有較強的抗掛料、抗沖刷、抗干擾能力和可靠性高、使用壽命長的特點。

由于灰斗（倉泵）被測對象的特點，除灰系統(tǒng)程序控制采用的料位開關要求可靠穩(wěn)定，對于灰介質灰的灰比電阻和電介常數(shù)因煤質而改變，常用的電容式射頻導納料位開關，往往因掛灰而誤動（拒動），其他非接觸測量方法因造價成本高而很少選用。這使得需要一種可靠而又性價比適當?shù)臏y量手段。由此，場效應磁阻測量方法應運而生，它是一種抗沖擊、抗掛灰、性價比高，穩(wěn)定性好的可靠手段。對于需要模擬量輸出4mA～24mA（1VDC～5VDC）的場所，高頻雷達檢測手段也不失為一種性價比適當而又可靠的行之有效手段之一。

1 場效應料位計測量原理

圖1 測量原理示意圖Fig.1 Schematic diagram of measurement principle

新型場效應料位計是利用電磁波在傳導過程中阻抗發(fā)生變化時會形成反射的原理進行物位測量的料位計。根椐電磁波傳輸?shù)奶攸c，在不同波阻抗串聯(lián)電路中傳輸?shù)碾姶挪〞诓ㄗ杩雇蛔兲幮纬煞瓷洌浞瓷鋸姸扔煞瓷湎禂?shù)確定。

反射系數(shù)公式為：

若波阻抗Z1=波阻抗Z2時，反射系數(shù)則為0，此時俗稱阻抗匹配了，沒有反射。詳細理論描述可參閱有關電磁場方面的書籍。

完成上述測量原理的信號檢測過程如圖1所示。

信號源提供激勵信號產(chǎn)生入射波，環(huán)行電路實現(xiàn)入射波與反射波的有效分離。由于探桿波阻抗Z1不可能完全與探頭波阻抗Z2相等，因而會形成波過程的反射，且在反射波檢出點處會有信號輸出。

在探頭處充滿物料介質時探頭波阻抗Z2會發(fā)生變化從而引起反射系數(shù)的改變，也就是說反射波檢出點會有信號強度的改變，椐此可有效地判別探頭處有料與否而發(fā)出相應的動作信號。由于物料介質對探頭波阻抗的影響是一種積分效應，也就是少量的物料粘附與漂落沖刷對探頭波阻抗的影響遠小于周圍空間充滿物料時帶來的影響。因此，此種測量方法能有效地避免掛料和物料沖刷而引起的誤動作。

在反射系數(shù)的公式中，可以看到反射系數(shù)僅與探桿與探頭的波阻抗相關，與測量系統(tǒng)中其它量無關。探桿與探頭的波阻抗是由物理結構決定的，因此可以認為：只要探桿與探頭結構不發(fā)生改變與損壞，此測量系統(tǒng)就能穩(wěn)定可靠地工作，電路的時漂與溫漂對測量系統(tǒng)的影響幾乎為零。實踐證明：只要探頭與探桿結構不損壞就能長期穩(wěn)定工作多年，幾乎不用調整維護。

2 應用實例安裝注意事項

圖2 安裝示意圖Fig.2 Installation diagram

根據(jù)被測介質的特點，目前成熟的應用方案有以下幾個環(huán)境場所，使用效果滿足生產(chǎn)運行的需求。開關量控制或者報警，保護設備的安裝運行，防止物料滿倉溢出或者空倉。在目前已有的設備中，廣泛應用于火電廠除灰系統(tǒng)倉泵、灰斗物位測量。尤其針對省煤器后灰斗料位測量開發(fā)研制的耐高溫達600℃，探頭和測量電子元件分體安裝。特殊材質的探桿能滿足現(xiàn)場高溫環(huán)境。在300MW、600MW、1000MW等機組均有業(yè)績應用。在各種容量等級的機組的應用中，到目前為止連續(xù)3年無故障運行。

根據(jù)被測介質的特點，目前成熟的應用方案有以下幾個環(huán)境場所，使用效果滿足生產(chǎn)運行的需求。安裝應用如圖2所示。

在使用中的注意事項：

1）探桿連接方式采用DN25的法蘭連接。

2）工作電源電壓根據(jù)客戶要求采用220V交流或24V直流電源供電。

3）探桿長度可以根據(jù)被測對象保溫和壁厚可選擇350mm～750mm，使得介質和探桿充分接觸。

4）適用于各種非導電固體介質，探桿掛料對測量開關量動作幾無影響。

3 調整及試驗

在通常情況下KD-A系列場效應料位計是不需要進行現(xiàn)場維護的。但當用戶有特殊要求或針對非常規(guī)物料的測量需要現(xiàn)場標定時，KD-A型場效應料位計也可以在現(xiàn)場方便地完成相應調整。

在介紹調整方法之前，先簡單地描述一下它的動作原理。在此基礎之上，用戶可以更加清晰明了地制定為達到自己目的的調整方法。

在面板上已經(jīng)將標定值與測量值的測點引出，同時也將定值調節(jié)電位器的調節(jié)端置于面板上。通過定值調整電位器可改變標定值的大小，測量值是料位計的實時測量信號電壓，可以作為定值標定時的參考。

標定值、測量值與物位的關系如圖3所示。

圖3 物料開光動作區(qū)間Fig.3 Material open light action interval

空倉區(qū)：物料堆積面遠離料位計探頭所在位置，測量值電壓較低，通常為零。

接近動作區(qū)：物料堆積面此時將接近料位計探頭位置了，此時的測量值電壓上升較快，當越過料位計探頭，也就是圖中所示VA點位置時，料位計發(fā)出動作信號，同時自動將標定值電壓由VA點切換到VB點。

物料完全掩埋區(qū)：此時若物料繼續(xù)向上堆積，測量值會緩緩上升。料位計探頭處于完全掩埋狀態(tài)。

在料位回落時，測量值會緩緩下降。一旦測量值電壓低于標定值點VB時，此時料位計會對動作信號進行復歸，同時將標定值自動切換到VA，等待下一次動作。

VA與VB之間的差值為死區(qū)寬度（俗稱斯密特過程）。主要為了防止在動作區(qū)域附近料位計頻繁動作。死區(qū)寬度均為標定值的5%左右。

對上述動作過程明白了后，就可方便地對料位計進行現(xiàn)場標定了。

通過對測量值的觀察，可知物料與電壓的關系，以選取合適的標定值區(qū)域。旋動定值調整電位器可以改變標定值的數(shù)值。

調整定值電位器時，必須用φ＜2mm的小型一字解錐進行。所有電壓測量點均是相對外殼而言，外殼為零電位。

4 結語

該新型場效應料位計，原理新穎，結構簡單，設計獨特，抗掛料和干擾性能較強。涵蓋的使用溫度范圍比較高，能達600℃的使用場所。是一種新型的料位開關量監(jiān)測手段，廣泛應用于火電廠除灰系統(tǒng)和其他固體顆粒的高低報警以及控制系統(tǒng)之中。