场效应料位计在火电厂除灰系统的应用

郑 伟，卢有成

（1.深圳市能源环保有限公司，深圳 518000；2.内蒙古科迪自控设备有限公司，内蒙古 014300）

0 引言

众所周知，在物位测量中，因被测对象和介质复杂多样，测量手段也就因对象而各异多样。因此，物位仪表因被测对象不同而形式多样。目前，料位测量的主要形式有：1）机械式：如钢带重锤式料位计、阻旋式料位计、称重式料位计等；2）电容电感式远传料位计：主要有射频导纳式料位计和电磁感应位移检测料位计等；3）非接触式料位计：主要有高频雷达料位计、超声波料位计，无源核子料位计等。

每一种料位计测量原理各有不同，应用场合各有特点。本文所介绍的场效应料位计是一种新型磁阻波感应式料位计。

这种新型场效应料位计克服了传统料位计的诸多弊端，真正做到了免维护，免调试。具有较强的抗挂料、抗冲刷、抗干扰能力和可靠性高、使用寿命长的特点。

由于灰斗（仓泵）被测对象的特点，除灰系统程序控制采用的料位开关要求可靠稳定，对于灰介质灰的灰比电阻和电介常数因煤质而改变，常用的电容式射频导纳料位开关，往往因挂灰而误动（拒动），其他非接触测量方法因造价成本高而很少选用。这使得需要一种可靠而又性价比适当的测量手段。由此，场效应磁阻测量方法应运而生，它是一种抗冲击、抗挂灰、性价比高，稳定性好的可靠手段。对于需要模拟量输出4mA～24mA（1VDC～5VDC）的场所，高频雷达检测手段也不失为一种性价比适当而又可靠的行之有效手段之一。

1 场效应料位计测量原理

图1 测量原理示意图Fig.1 Schematic diagram of measurement principle

新型场效应料位计是利用电磁波在传导过程中阻抗发生变化时会形成反射的原理进行物位测量的料位计。根椐电磁波传输的特点，在不同波阻抗串联电路中传输的电磁波会在波阻抗突变处形成反射，其反射强度由反射系数确定。

反射系数公式为：

若波阻抗Z1=波阻抗Z2时，反射系数则为0，此时俗称阻抗匹配了，没有反射。详细理论描述可参阅有关电磁场方面的书籍。

完成上述测量原理的信号检测过程如图1所示。

信号源提供激励信号产生入射波，环行电路实现入射波与反射波的有效分离。由于探杆波阻抗Z1不可能完全与探头波阻抗Z2相等，因而会形成波过程的反射，且在反射波检出点处会有信号输出。

在探头处充满物料介质时探头波阻抗Z2会发生变化从而引起反射系数的改变，也就是说反射波检出点会有信号强度的改变，椐此可有效地判别探头处有料与否而发出相应的动作信号。由于物料介质对探头波阻抗的影响是一种积分效应，也就是少量的物料粘附与漂落冲刷对探头波阻抗的影响远小于周围空间充满物料时带来的影响。因此，此种测量方法能有效地避免挂料和物料冲刷而引起的误动作。

在反射系数的公式中，可以看到反射系数仅与探杆与探头的波阻抗相关，与测量系统中其它量无关。探杆与探头的波阻抗是由物理结构决定的，因此可以认为：只要探杆与探头结构不发生改变与损坏，此测量系统就能稳定可靠地工作，电路的时漂与温漂对测量系统的影响几乎为零。实践证明：只要探头与探杆结构不损坏就能长期稳定工作多年，几乎不用调整维护。

2 应用实例安装注意事项

图2 安装示意图Fig.2 Installation diagram

根据被测介质的特点，目前成熟的应用方案有以下几个环境场所，使用效果满足生产运行的需求。开关量控制或者报警，保护设备的安装运行，防止物料满仓溢出或者空仓。在目前已有的设备中，广泛应用于火电厂除灰系统仓泵、灰斗物位测量。尤其针对省煤器后灰斗料位测量开发研制的耐高温达600℃，探头和测量电子元件分体安装。特殊材质的探杆能满足现场高温环境。在300MW、600MW、1000MW等机组均有业绩应用。在各种容量等级的机组的应用中，到目前为止连续3年无故障运行。

根据被测介质的特点，目前成熟的应用方案有以下几个环境场所，使用效果满足生产运行的需求。安装应用如图2所示。

在使用中的注意事项：

1）探杆连接方式采用DN25的法兰连接。

2）工作电源电压根据客户要求采用220V交流或24V直流电源供电。

3）探杆长度可以根据被测对象保温和壁厚可选择350mm～750mm，使得介质和探杆充分接触。

4）适用于各种非导电固体介质，探杆挂料对测量开关量动作几无影响。

3 调整及试验

在通常情况下KD-A系列场效应料位计是不需要进行现场维护的。但当用户有特殊要求或针对非常规物料的测量需要现场标定时，KD-A型场效应料位计也可以在现场方便地完成相应调整。

在介绍调整方法之前，先简单地描述一下它的动作原理。在此基础之上，用户可以更加清晰明了地制定为达到自己目的的调整方法。

在面板上已经将标定值与测量值的测点引出，同时也将定值调节电位器的调节端置于面板上。通过定值调整电位器可改变标定值的大小，测量值是料位计的实时测量信号电压，可以作为定值标定时的参考。

标定值、测量值与物位的关系如图3所示。

图3 物料开光动作区间Fig.3 Material open light action interval

空仓区：物料堆积面远离料位计探头所在位置，测量值电压较低，通常为零。

接近动作区：物料堆积面此时将接近料位计探头位置了，此时的测量值电压上升较快，当越过料位计探头，也就是图中所示VA点位置时，料位计发出动作信号，同时自动将标定值电压由VA点切换到VB点。

物料完全掩埋区：此时若物料继续向上堆积，测量值会缓缓上升。料位计探头处于完全掩埋状态。

在料位回落时，测量值会缓缓下降。一旦测量值电压低于标定值点VB时，此时料位计会对动作信号进行复归，同时将标定值自动切换到VA，等待下一次动作。

VA与VB之间的差值为死区宽度（俗称斯密特过程）。主要为了防止在动作区域附近料位计频繁动作。死区宽度均为标定值的5%左右。

对上述动作过程明白了后，就可方便地对料位计进行现场标定了。

通过对测量值的观察，可知物料与电压的关系，以选取合适的标定值区域。旋动定值调整电位器可以改变标定值的数值。

调整定值电位器时，必须用φ＜2mm的小型一字解锥进行。所有电压测量点均是相对外壳而言，外壳为零电位。

4 结语

该新型场效应料位计，原理新颖，结构简单，设计独特，抗挂料和干扰性能较强。涵盖的使用温度范围比较高，能达600℃的使用场所。是一种新型的料位开关量监测手段，广泛应用于火电厂除灰系统和其他固体颗粒的高低报警以及控制系统之中。