混凝土搅拌站料位测量技术比较

2021-11-03顾明忠冯新红

商品混凝土 2021年9期

顾明忠，冯新红

（1. 建德市恒大混凝土有限公司，浙江建德 311699；2. 杭州江河机电装备工程有限公司，浙江杭州 310012）

0 引言

在混凝土搅拌站中物料库存管理是其中一项重要的内容，如果物料管理不善，出现物料短缺的情况将影响混凝的生产，如果来料太多会出现“压车”或“溢仓”等问题。混凝土搅拌站物料的种类比较多，主要可归结为三大类：骨料（砂子和石子）、粉料（水泥、粉煤灰、矿粉等）和液体（清水、污水和各类外加剂），各种物料的存储有不同的方式，料位计的检测手段也各不相同。

本文通过分析各种料位计的特点及其在混凝土搅拌站中的使用情况，为混凝土搅拌站各种物料的料位测量提供选择帮助。

1 料位检测分类

由于现代传感技术的发展，料位检测的方法很多，按照和被测物料的接触关系可分为接触式和非接触式。接触式料位计主要有：阻旋式、浮球式、重锤式、压差式、电容式、导波雷达式、音叉式、电极式和射频导纳式等，非接触式测量方式主要有：红外式、超声波式、雷达式、称重式和贴片式等；按测量结果的显示方式不同可分为点式料位计和连续式料位计，点式料位计只是检测单点的料位情况，输出一个料位信号，如阻旋式、音叉式和浮球式等；连续式料位计可以反映物料料位的连续变化，输出一个连续信号或一串料位信号，如导波雷达式、超声波式、雷达式、称重式、连续磁翻柱式和贴片式等；根据被测物体种类的不同，可分为物位计和液位计，物位计一般指的是测量固体的料位计，常用的有了雷达式和红外式，液位计多用于测量液体，常用的有浮球式、电极式、磁翻柱和静压式等。

2 粉料料位测量

混凝土搅拌站的粉料存储一般采用封闭的钢结构筒仓，由于其全封闭的设计，更需要准确的料位测量，如果料位检测不准确，往往会出现“空仓”影响生产或“冒充”引发环境污染和浪费。目前搅拌站常用的粉料料位计有阻旋式料位计、射频导纳料位计、重锤式料位计、导波雷达料位计和贴片式料位计，如图 1 所示。

图1 常用粉料料位计图示

2.1 阻旋式料位计

阻旋式料位计，也称为阻旋式料位开关，是一种接触式、点式料位计，通过检测旋转叶片是否接触到物料来判断是否有料，并向外输出一个开关信号。它具有结构简单、安装方便、输出接点容量大和成本低等优点，被广泛使用。但是由于阻旋叶片直接与粉料接触，叶片容易磨损，同时会存在因转动轴密封不严进灰和物料粘结不能转动等情况，影响其准确性。另外电机经常处于旋转工作状态，设备容易损坏、维护工作量大。目前在搅拌站中由于其价格低被广泛使用，但多数在安装不久后就失去作用。目前主要用作粉料仓超高料位的安全保护开关。

2.2 射频导纳式料位计

射频导纳料位计，又被称为射频导纳开关，是一种接触式的点式料位计，通过检测传感器电极和料仓壁之间导纳值的变化，实现料位的测量。其主要优点是解决了粘料对料位计的测量精度影响，同时其没有运动部件便于维护、性价比高，现有逐步取代阻旋式料位计的趋势。其主要缺点是导纳值受物料种类有一定的影响，在第一次使用的时候要根据每种粉料的不同（如水泥、粉煤灰或矿粉等）需要对其灵敏度进行调节。

2.3 重锤式料位计

重锤式料位计由重锤、钢丝绳、驱动装置、检测控制系统所组成，是一种点式接触式的料位计。通过检测每次测量时，钢丝绳的下放长度，来精确测量料位的高度，该高度值可以通过数字仪表直接显示，是一种提供一系列料位高度的连续式料位计。重锤式料位计的测量方式不受物料性能和外观形态的影响，具有测量可靠、料位直观的优点。其缺点是钢丝绳经常上下的运动，机械磨损较严重，需要经常维护，还有一个最主要的缺陷是在料位的进料过程中，不能进行测量，不然会出现“埋锤”故障，因此混凝土搅拌站中应用不是很广。

2.4 导波雷达式料位计

导波雷达料位计由探头和钢丝绳两部分组成，探头发射电磁脉冲，沿钢丝绳进行传递，当遇到物料后，部分脉冲被反射，并沿钢丝绳向回传播，通过检测根据发出和接收回波的时间差，再结合脉冲在钢丝绳中的传播速度，可以计算出料位的高度并数字显示。该测量方法精度高、稳定可靠，但被测物料的介电常数和测量粘度会对精度有一定的影响，要求被测物料的介电常数不能太小、粘度不能太大，其属于接触式连续式料位计。由于长期受粉料的磨损和料流下行的拉力，会存在缆绳磨损拉断的故障，同时早期的导波雷达料位计主要都是进口品牌，价格较高，在搅拌站中使用较少，随着国产波雷达料位计技术的成熟，性价比提高，在搅拌站中逐步得到推广。

2.5 贴片式称重料位计

贴片式称重料位计是利用由于料仓承重引起的支撑结构形变这一特性，通过高精度传感器准确地检测这些金属结构的微小形变，并把该机械应力转换为电信号，用以显示物料的变化，通过校准，可以直接显示料仓中料位的重量。贴片式称重料位计是一种非接触式连续料位计显示。与前面几种料位计最主要的优点是它能直观地显示料仓物料的重量，而不是料位的高度，不存在高度和重量转化之间的误差；其缺点是：对料仓的结构形式有一定的要求，需要独立料仓，如果料仓与料仓之间或者料仓和其他设备有连接都会影响测量精度，同时侧向力（如风荷载等）对精度有较大的影响，对于侧向力引起的误差，目前一般是通过在不同的支腿上多安装贴片传感器的办法解决（一般是在一个料仓的 3 个支腿上安装应变传感器，测量精度可以控制在 3% 以内）。贴片式称重料位计目前价格相对较高，但是由于其具有直接显示物料重量，精度高，不受物料特性、堆积形体、粉尘等外界因素的影响的优点，逐渐得到市场的认可。

3 骨料料位计

混凝土搅拌站骨料仓多为敞开式大料仓，一般通过摄像头直接观察物料的堆放情况，来进行上料控制，对料位的检测不是特别的重视。但是随着封闭式料仓及全自动上料系统的出现，骨料料位计的重要性越来越越显现出来。目前搅拌站常用的骨料料位计有电容式料位计、超声波料位计、激光式料位计，如图 2 所示。

图2 常用骨料料位计图示

3.1 电容式料位计

电容式料位计是一种接触式的点式料位计，利用电极和料仓壁之间由于介质的变化所引起的电容变化来进行检测。当物料碰到电极时，电子器件通过检测输入阻抗的变化，来判断物料料位是否到达高位，而输出开关信号。其特点是原理、结构简单，易于维护，同时不受上料过程中的粉尘影响，较为可靠，但是对物料的湿度和粒径大小有一定的要求，如果骨料的湿度变化太大，会影响其灵敏度，造成误动作。

3.2 超声波料位计

超声波料位计利用回波测距原理，探头发射超声波，当超声波遇到障碍物的时候会产生反射，通过测量超声波的发射和回波时间差，再根据超声波在空气中的传播速度，可以测量出空仓的高度，从而计算物位的料位。超声波料位计是一种非接触式的连续式料位计，具有安装调试简单、不受物料特性的影响，如密度、介电常数、湿度等，被广泛使用。但由于超声波必须借助于空气传播，所以会受到粉尘、温度等因素影响影响，同时由于混凝土搅拌站高位料仓结构较为紧凑，料仓内有较多的附属结构，料仓仓壁和加强筋以及料堆形状等都会产生多次回波或虚假回波，对测量精度有一定的影响，所以在实际搅拌站料仓的应用中效果并不是很理想。

3.3 激光料位计

激光料位计也称激光物位计，由探头发射连续或高速脉冲激光束，激光束遇到被测物体表面进行反射，反射光线会被激光接收器接收，通过测量激光发射到接收之间的时间差，可以确定料位的高度。激光料位计是一种非接触连续式料位计，具有测量光束发散角小、方向性好、安装简单、不受介质温度影响、测量精确高等优点，但是激光无法穿透粉尘，因此在搅拌站中使用的主要问题是骨料上料过程中的扬尘对测量有影响，因此主要适用于含水率较高的骨料，或用作平时的料位监控和低料位的启动型号。

4 液位计

混凝土搅拌站的液态物料主要是水（含污水）和外加剂，料位测量使用液位计，考虑性价比，目前主要使用的有浮球式、磁翻柱式、电极式和静差式，见图 3。

图3 常用液位计图示

4.1 浮球液位计

浮球液位计也称浮球液位开关，是混凝土搅拌站中最常用的液位计。它是根据阿基米德浮力原理设计的。浮球随着容器液位的变化上下移动，利用浮球中的磁性材料使干簧管吸合或利用改变浮球的角度变化驱动微动开关，从而输出料位的变化信号。浮球液位计是一种接触式点式料位计，根据安装形式或浮球形式不同，可分为连杆浮球液位计、侧装浮球液位计和电缆浮球液位计等。浮球液位计具有结构简单、安装维护方便、精度高等特点，在搅拌站中广泛使用。但是由于经常性的运动，容易产生机械劳损，另外搅拌站中的外加剂由于粘度较高、容易产生泡沫，可能会引起液位计误动作。

4.2 磁性（翻柱）液位计

磁性（翻柱）式液位计是利用浮力和磁性耦合作用的原理，当被测容器中的液位变化时，主导管中的浮子也随之变化，浮子内的永久磁钢通过磁耦合作用于指示装置，驱动红、白翻柱翻转，液位上升，翻柱由白色转为红色；液位下降，翻柱转为白色。一般安装于容器的侧面，可加装磁性开关，作为料位信号输出。磁性（翻柱）式液位计是一种接触式点式料位计，其优点是通过观察红白翻柱，液位一目了然，但是价格要比浮球液位计高，另外在加装磁性开关时要选择不锈钢固定装置，避免铁质材料被永久磁钢磁化引起误动作。

4.3 电极液位计

电极式料位计是利用液体的导电性来检测液位的高低。在料仓中设置 3 个电极，根据长度不同分为高位、低位和公共电极，物体接触电极后，便会导电给出检测信号。电极液位计是一种接触式点式料位计，一般和液位控制器配合使用。电极液位计精度和灵敏度高，在外加剂和污水中使用较多。但是其只能垂直安装；同时电极长度受强度限制，检测高度受限；另外进料时液位波动不宜过大，不然会引起误动作。

4.4 静压液位计

静压液位计采用扩散硅敏感元件或陶瓷电容压力敏感传感器，通过测量探头处液体自重产生的压力，根据液体的密度，间接测量液体的高度，并转换成标准电压或电流信号供仪表显示。根据安装方式不同可分为投入式和侧装式，根据是否携带显示仪表分为一体式和分体式。静压液位计是一种接触式连续料位计，其安装方便、结构简单、经济耐用，尤其是显示直接准确，正越来越多的在搅拌站中使用。