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微電容遠傳測量技術在水泥行業信息化改造中的應用
一位資深的水泥專家在三十年前就說過，水泥廠生產的管理調度，在某種意義上是對料庫內部料位的管理調度。可是長期以來，水泥廠的料庫料位的監測一直是一個未能解決的技術難題。絕大部分的水泥廠目前為了獲得生產調度班組核算等生產管理不可缺少的料位信息，還是采用最原始人工量苦的方法。
多年來，水泥廠為了解決大庫料位自動監測也投入了很多資金和人力，購買和安裝了各種重錘式、鋼帶式、超聲式料位計，都因適應不了水泥生產惡劣的環境無法長期可靠實用。本人在七十年代研制的電容式料位計，以其結構簡單造價低安裝方便的優點，曾在全國幾百家水泥廠推廣了幾千臺，但最終也未能逃脫不能長期可靠使用被拆掉不用的命運，我們經過反復研究發現，傳統電容式料位計根據物料介電常數大于空氣，有一根檢測探極與庫壁之間形成的電容隨物料變化相應變化的原理，采用探極電容量直接模擬料位量的方法設計。這個設計原理的前提條件是認為物料的介電常數是一個大于空氣的不變的常數，檢測電容量變化正比與料位的變化。而實際應用中任何一個料庫中物料的介電常數都是隨物料的粒度、成份、密度、水分等因素不斷變化的，不但不是一個常數，而且其中水分含量不同引起的介電常數的變化是物料介電常數的幾倍甚至幾十倍。正是這個原因，使這種料位計無法長期可靠工作。找到了原因就找到了解決問題的方向，不是電容傳感器本身有問題，而是用于介電常數有關的檢測電容量大小直接表示料位高度的方法有問題。這種過于簡單的模擬，使介電常數的不確定性直接在料位高度上表現出來，造成料位檢測結果的不準確性，從根本上失去了使用的長期可靠性。分段自校正式料位計正是在消除介電常數對檢測結果的影響，和避免了人工校正兩大缺點方面解決了料位檢測的長期可靠性。
分段自校正式料位計工作原理示意圖見圖一
國家發明專利“一種分段電容式物位檢測方法”（ZL940013.4）,突破了傳統的用探極電容直接模擬料位的方法，采取數字與單片及技術，將原來一根連續的電容電極，變成若干段等長獨立電容電極相連接的分段電極，從上至下將料庫內高度分為各段與罐壁之間形成的若干段電容。各段電容量大小與該段電極相對空間物料多少有關。由單片機控制用同一微電容遠傳測量電路,分別對各段電容進行檢測，從其電容量相對大小就可以判斷找到空氣與物料界面所在的段，其電容量為cj其下面各段均為滿料段，電容量為cm。有與物料重力作用，越往下密度越大，cm也越大，但不管滿料段為何值，其段料位高度就是段的幾何長度，與cm無關。總料位高度就是下面所有滿段總高度與界面段料位高讀之和。即：
LW=N.L0+LJ (1)
其中N為滿料段數
L0為段幾何長度
LJ為界面段料位高度
我們認為界面段物料密度、介電常數與其相鄰下面滿料段物料相同，兩段電容結構也相同，因此界面段料位與滿段料位之比就等于兩段電容量之比，即：
LJ=CJ/CM.L (2)
所以LW=(N+CJ/CM ).L0 (3)
從上述檢測過程三個公式可以看出，此方法的料位檢測結果與段電容量絕對值無關，只與上面相鄰兩段電容量比值有關，因此影響電容量大小的一切因素都在運算中消除。所以物料粒度、成份、水分、溫度等變化均不會影響料位檢測結果。與傳統電容式料位計相比，此方法制成的料位計，使用中不需要卸空料庫調整零點，更不需要人工量庫進行參數標定。只要糧庫中上面有一段以上的空料，即可調零點。從公式（3）中可以看出，其測量基準是L0，即段電極幾何長度，只要將其存入單片機，就實現了實時自校正，無需任何人工維護。從根本上保證了使用的長期可靠性。此料位計產品已在青島面粉廠36M高小麥庫運行，得到驗證和好評。
用此原理研制的用于油品檢測的液位變送器，準確度達到了萬分之五，但作為料位檢測與液位檢測有許多不同，液位是水平的，料位是不平的，界面高度相差幾十厘米之多。在界面部分，段電容大小實質上與該段空間電場中物料多少即體積成正比，因此計算出的高度是該體積物料的平均值。大型料庫，特別像水泥廠的生料庫等粉體庫，常常由于物料結拱造成中空料柱，這時此原理物料是連續的前提被破壞，將會產生一定的計算誤差。但另一方面由于每段電容檢測值直接反映了該段空間物料體積濃度，而各段電容檢測值又可以隨時通過按鍵顯示檢查，客觀上是該料位計具有了可以及時發現庫內結拱情況和部位。便于用戶及時處理避免影響生產的獨特功能。
本料位計由9段電容電極、變送器和料位控制器三部分組成，單片機完成全部檢測、顯示、控制功能，具有LED數字及光柱百分比兩種顯示和上下限控制報、警功能，除料位顯示外，通過按鍵可以檢查各段檢測值，了解庫內各物料分布情況，同時每臺料位計都帶有RS485計算機通訊接口，可以向上位機發送實時料位高度及9段層面檢測數字信息，通訊距離達1.2KM，用戶可以方便的組成DCS庫群集中管理系統，在水泥廠信息化改造中有著廣泛的應用前景。
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