作者：李思宏
工业自动化生产过程中料位是主要测量参数之一，随着工艺要求的提高，料位作为一个重要的过程参数日益引起大家的关注。料位测量的方法很多，通常分为接触式测量仪表（重锤式、电容式、音叉式、阻旋式等）和非接触式测量仪表（γ射线式、超声波式、雷达式等）。由于接触式测量仪表受被测介质物理及化学性质的影响很大，且均为定长产品互换性较差；而非接触式仪表基本不受被测介质物理及化学性质的影响或影响较小，有逐步取代接触式测量仪表的趋势。
一、接触式测量仪表1.重锤式料位计料位探测过程由控制器发出的信号来控制，当传感器接到探测命令时，电机正转，经蜗轮、蜗杆减速后带动齿轮轴和绕线筒转动，使钢丝绳下放，带动重锤由仓顶下降，当重锤降至料面被测面托起而失重，钢丝绳松弛，灵敏杠杆动作使微动开关接触，控制器得到该信号即发出电机反转命令，重锤上升返回，直到碰顶开关电机停转，重锤回到仓顶原位置完成一次探测过程。此过程中控制器通过检测绕线筒的圈数计算出重锤从仓顶到料面的距离。
该料位计适于块状、颗粒状及粉状的固态物位测量。
优点：测量不受介质密度、颗粒大小的影响。
缺点：机械内部易落灰尘影响测量效果；机械磨损较严重，需经常维护，花费较大；重锤易发生被物料埋住现象，发生掉锤头、断带故障。
2.电容式料位计原理是插入料仓的电极与料仓壁之间构成电容器，当仓内物料料位变化引起电容量的变化，通过转换电路得到相应的控制信号。
该料位计既可用作连续式料位测量，也可用作料位开关作为报警或入料、卸料设备的输入信号。若用作连续料位检测，测量精度不高，故通常用作料位开关。
优点：无机械磨损，安装维修方便；依据量程大小和控制方式不同，电极设计成杆（棒）式或钢缆（重型钢缆）式，可应用于各种料仓；价格较低。
缺点：若电极（探头）上或仓壁粘有物料，往往会导致控制器误动作，从而影响测量效果，应定期检查探头和料位开关动作情况并校验。
3.阻旋式料位计基本原理是同步微电动机减速后，带动检测叶片以2.5～5r/min的转速旋转，当被测物料的料位上升使叶片转动受阻，检测机构便围绕主轴产生旋转位移。该位移首先使一个微动开关动作，发出有料位信号。随后另一个微动开关动作，切断电动机电源使其停转。只要此料位不变，该状态便一直保持下去。当料位下降至叶片失去阻挡时，检测机构便依靠弹簧拉力使其恢复原始状态，一个微动开关先动作，接通电动机电源使其旋转，随后另一个微动开关动作发出无料信号，只要没有物料阻挡检测叶片的转动，其状态也将一直保持下去。
该料位计多用作粉状物料料仓的料满开关。安装使用时应注意：1）为防止使用中物料冲击，库侧安装时应在检测叶片上方料仓内壁的上方安装防护板；2）如采用加长轴顶置垂直安装，则应在轴套外安装保护套筒。
优点：开关结构简单、维护方便；价格较低。
缺点：不适合在高温下工作。
二、非接触式测量仪表1.γ射线料位计工作原理是在料库一侧设置同位素源，另一侧设置探测器，同位素源向探测器定向发射γ射线，若库内料面低于它，探测器检测料空信号；若料面高于它，则物料遮挡、吸收γ射线，得出料满信号。
该料位计常用作料位开关，因非接触式测量，特别适用于工作环境恶劣的大型混凝土料库，此时要求所用同位素源比较强。由于放射源污染环境等因素，此料位计在使用上受限制。
优点：日常运行维护工作量小，操作简单；依据料仓形状和工艺要求，γ射线料位计可安装在不同位置。
缺点：放射源污染环境；放射源衰减使料位控制不可靠。
2.超声波料位计主要利用回波测距原理，通过测量换能器发射和接收到声波的时间，计算出换能器到物料表面距离。该料位计适用于块状、颗粒状的固态料位测量。
优点：安装方便、工作可靠、维护量少；价格有竞争性。
缺点：超声波必须借助于媒质传播，水泥厂的料位测量通常以空气作为传播介质，而空气的温度、湿度等变化会影响超声波传播速度，故在一些有温度、压力、蒸汽等场合，该料位计不能正常工作；料库空气中的粉尘也衰减超声波信号，影响测量效果；由于粉仓料位表面在下料时非常疏松，对超声波信号有较强衰减，故对粉仓料位的测量效果较差。
3.雷达料位计利用回波测距原理，其喇叭状或杆式天线向被测物料面发射微波，微波传播到不同相对介电率的物料表面时被反射，并被天线接收。发射波和接收波的时间差与物料面和天线的间距成正比，测出传播时间即可得知距离。
两种工作模式：
A、脉冲波（Pulse）方式：大多数脉冲式雷达料位计采用的微波频率为5.8GHz，辐射角较大，精确度约为0.2～0.3%F.S.，一般中档以下的微波物位计都用此方式。
B、调频连续波（FMCW）方式：测量线路较复杂，精确度较高可达0.1%F.S.，干扰回波也较易去除。
该料位计适用于块状、颗粒状、粉状的固态料位测量。
优点：由于微波是电磁波，以光速传播且不受介质特性影响，故在一些有温度、压力、蒸汽等场合，超声波料位计不能正常工作，而雷达料位计可使用；此料位计大多为二线制的一体化产品，节省大量电缆；软件调试方便。
缺点：二线制雷达料位计要求24VDC电源质量较高，交流谐波一般不能超过±30VAC；雷达料位计内部电源模块易受其他大电流干扰而损坏，故应把料位计停电拆除；测量固体物料，易产生干扰回波，降低测量效果，故不适用于固体物料的测量。
4.导波式雷达料位计此为雷达料位计的一种变型，通常采用脉冲波方式工作。与雷达料位计不同微波脉冲不是通过空间传播，而是通过1根（或2根）从仓顶伸入、直达仓底的导波体传播。导波体可以是金属硬杆或柔性金属缆绳，微波脉冲沿杆或缆的外侧向下传播，在被测物料表面被反射，回波被天线接收，由发射与回波脉冲的时间差即可计算出传播距离。
该料位计适用于测量固态料位，特别是粉状物料的测量。
优点：与超声波及雷达料位计相比，工作稳定可靠；同雷达料位计一样，反射信号的强度取决于被测物料的介电率或导电率，但导波式可以测量更低介电率的物料。
缺点：双杆（缆）及同轴管式导波体由于电场能量集中，易受外部结构影响；在杆之间（或管内部）易积料，产生虚假回波，影响测量效果；埋在物料中的缆绳由于物料重力会产生较大的下拉力，造成缆绳被拉断等故障。
