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微电容远传测量技术在水泥行业信息化改造中的应用
一位资深的水泥专家在三十年前就说过，水泥厂生产的管理调度，在某种意义上是对料库内部料位的管理调度。可是长期以来，水泥厂的料库料位的监测一直是一个未能解决的技术难题。绝大部分的水泥厂目前为了获得生产调度班组核算等生产管理不可缺少的料位信息，还是采用最原始人工量苦的方法。
多年来，水泥厂为了解决大库料位自动监测也投入了很多资金和人力，购买和安装了各种重锤式、钢带式、超声式料位计，都因适应不了水泥生产恶劣的环境无法长期可靠实用。本人在七十年代研制的电容式料位计，以其结构简单造价低安装方便的优点，曾在全国几百家水泥厂推广了几千台，但最终也未能逃脱不能长期可靠使用被拆掉不用的命运，我们经过反复研究发现，传统电容式料位计根据物料介电常数大于空气，有一根检测探极与库壁之间形成的电容随物料变化相应变化的原理，采用探极电容量直接模拟料位量的方法设计。这个设计原理的前提条件是认为物料的介电常数是一个大于空气的不变的常数，检测电容量变化正比与料位的变化。而实际应用中任何一个料库中物料的介电常数都是随物料的粒度、成份、密度、水分等因素不断变化的，不但不是一个常数，而且其中水分含量不同引起的介电常数的变化是物料介电常数的几倍甚至几十倍。正是这个原因，使这种料位计无法长期可靠工作。找到了原因就找到了解决问题的方向，不是电容传感器本身有问题，而是用于介电常数有关的检测电容量大小直接表示料位高度的方法有问题。这种过于简单的模拟，使介电常数的不确定性直接在料位高度上表现出来，造成料位检测结果的不准确性，从根本上失去了使用的长期可靠性。分段自校正式料位计正是在消除介电常数对检测结果的影响，和避免了人工校正两大缺点方面解决了料位检测的长期可靠性。
分段自校正式料位计工作原理示意图见图一
国家发明专利“一种分段电容式物位检测方法”（ZL940013.4）,突破了传统的用探极电容直接模拟料位的方法，采取数字与单片及技术，将原来一根连续的电容电极，变成若干段等长独立电容电极相连接的分段电极，从上至下将料库内高度分为各段与罐壁之间形成的若干段电容。各段电容量大小与该段电极相对空间物料多少有关。由单片机控制用同一微电容远传测量电路,分别对各段电容进行检测，从其电容量相对大小就可以判断找到空气与物料界面所在的段，其电容量为cj其下面各段均为满料段，电容量为cm。有与物料重力作用，越往下密度越大，cm也越大，但不管满料段为何值，其段料位高度就是段的几何长度，与cm无关。总料位高度就是下面所有满段总高度与界面段料位高读之和。即：
LW=N.L0+LJ (1)
其中N为满料段数
L0为段几何长度
LJ为界面段料位高度
我们认为界面段物料密度、介电常数与其相邻下面满料段物料相同，两段电容结构也相同，因此界面段料位与满段料位之比就等于两段电容量之比，即：
LJ=CJ/CM.L (2)
所以LW=(N+CJ/CM ).L0 (3)
从上述检测过程三个公式可以看出，此方法的料位检测结果与段电容量绝对值无关，只与上面相邻两段电容量比值有关，因此影响电容量大小的一切因素都在运算中消除。所以物料粒度、成份、水分、温度等变化均不会影响料位检测结果。与传统电容式料位计相比，此方法制成的料位计，使用中不需要卸空料库调整零点，更不需要人工量库进行参数标定。只要粮库中上面有一段以上的空料，即可调零点。从公式（3）中可以看出，其测量基准是L0，即段电极几何长度，只要将其存入单片机，就实现了实时自校正，无需任何人工维护。从根本上保证了使用的长期可靠性。此料位计产品已在青岛面粉厂36M高小麦库运行，得到验证和好评。
用此原理研制的用于油品检测的液位变送器，准确度达到了万分之五，但作为料位检测与液位检测有许多不同，液位是水平的，料位是不平的，界面高度相差几十厘米之多。在界面部分，段电容大小实质上与该段空间电场中物料多少即体积成正比，因此计算出的高度是该体积物料的平均值。大型料库，特别像水泥厂的生料库等粉体库，常常由于物料结拱造成中空料柱，这时此原理物料是连续的前提被破坏，将会产生一定的计算误差。但另一方面由于每段电容检测值直接反映了该段空间物料体积浓度，而各段电容检测值又可以随时通过按键显示检查，客观上是该料位计具有了可以及时发现库内结拱情况和部位。便于用户及时处理避免影响生产的独特功能。
本料位计由9段电容电极、变送器和料位控制器三部分组成，单片机完成全部检测、显示、控制功能，具有LED数字及光柱百分比两种显示和上下限控制报、警功能，除料位显示外，通过按键可以检查各段检测值，了解库内各物料分布情况，同时每台料位计都带有RS485计算机通讯接口，可以向上位机发送实时料位高度及9段层面检测数字信息，通讯距离达1.2KM，用户可以方便的组成DCS库群集中管理系统，在水泥厂信息化改造中有着广泛的应用前景。
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