淺析雷達液位計應(yīng)用

摘 要：雷達液位計是通過天線向被測介質(zhì)物位發(fā)射微波，然后測出微波發(fā)射和反射回來的時間而得到容器內(nèi)液位的一種儀表，雷達液位計是一種不接觸測量介質(zhì)的物位儀表，它可以用于測量高溫、高壓、易燃、易爆、易凝等介質(zhì)的液位。

關(guān)鍵詞：雷達液位計；電磁波；應(yīng)用

一、應(yīng)用及特點

雷達液位計又稱微波液位計是通過天線向被測介質(zhì)物位發(fā)射微波，然后測出微波發(fā)射和反射回來的時間而得到容器內(nèi)液位的儀表，微波它是一種電磁波，它介于無線電波和光波之間。它遇到障礙物以后，既有吸收，又有發(fā)射、折射。在雷達、導(dǎo)航、通訊和電視等技術(shù)中，就是利用微波的反射特性來進行信息的傳遞、加工和變換的。在雷達液位計中，使用的微波波長約為5-10cm，可測量介質(zhì)的不同?？梢詰?yīng)用在很多的場合，例如液位測量、真空測量或者料位測量等。探頭幾乎不受溫度、壓力、氣體等的影響（500℃時影響僅為0.018%，50bar時為0.8%）。雷達液位計最大的特點是在惡劣條件下有顯著功效，無論是有毒介質(zhì)，還是腐蝕性介質(zhì)，也無論是固體、液體還是粉塵性、漿狀介質(zhì)，它都可以進行測量。從測量槽罐體的形狀來說，雷達液位計可以對臥罐、圓柱椎體罐、柱形罐、球罐、等的液位進行測量，從罐體功能來說，可以對儲罐、緩沖罐、微波管、旁通管中的液位進行測量；從被測介質(zhì)來說，可用于測量液體、顆粒、料漿等的距離、液位、容積和反射率。

二、工作原理

雷達液位計發(fā)射—反射—接收的工作模式。雷達傳感器的天線以波束的形式發(fā)射電磁波信號，發(fā)射波在被測物料表面產(chǎn)生反射，反射回來的回波信號仍由天線接收。發(fā)射及反射波束中的每一點都采用超聲采樣的方法進行采集。信號經(jīng)智能處理器處理后得出介質(zhì)與探頭之間的距離，送終端顯示器進行顯示、報警、操作等。

雷達液位計采用高頻振蕩器作為微波發(fā)生器，發(fā)生器產(chǎn)生的微波用波導(dǎo)管將它引到輻射天線，并向下射出。當(dāng)微波遇到障礙物，例如液體液面時，部分被吸收，部分被反射回來。通過測量發(fā)射波與液位反射波之間某種參數(shù)關(guān)系來實現(xiàn)液位測量。

目前有兩大類雷達液位計，一類是發(fā)射頻率固定不變，通過測量發(fā)射波與液位反射波的運行時間，并經(jīng)過智能化信號處理器，測出被測液位的高度。這類雷達液位計的運行時間與液位距離的關(guān)系為t=2d/c，式中c___電磁波傳播速度，c=300000km/s；d__被測接介質(zhì)液位和探頭之間的距離，t__探頭從發(fā)射電磁波至接收到反射電磁波的時間；可見，探頭到介質(zhì)表面的距離d與探頭從發(fā)射電磁波至接收到反射電磁波的時間t成正比。在發(fā)射的時間間隔里，天線系統(tǒng)作為接收裝置使用。儀表分析、處理運行時間小于十億分之一秒的回波信號，并在極短的一瞬間分析處理回波。雷達傳感器利用特殊的時間間隔調(diào)整技術(shù)將每秒的回波信號進行放大、定位，然后進行分析處理。因此雷達傳感器可以在0.1s內(nèi)精確細致地分析處理這些被放大的回波信號，無須花費很多時間來分析頻率。

另一類是測量發(fā)射波與反射波之間的頻率差，并將這頻率差轉(zhuǎn)換為與被測液位成比例關(guān)系的電信號。這種液位計的發(fā)射頻率不是一個固定頻率，而是一等幅可調(diào)頻率。

三、應(yīng)用實例

在本鋼浦相冷軋薄板廠酸再生系統(tǒng)中采用了德國KROHNE公司所生產(chǎn)的BM70型雷達液位計用于測量氨水罐、新酸罐、再生酸罐中介質(zhì)的液位。

雷達液位計的測量系統(tǒng)由信號轉(zhuǎn)換器和法蘭系統(tǒng)構(gòu)成。法蘭系統(tǒng)包括微波窗口和天線系統(tǒng)，微波窗口使產(chǎn)品與壓力相分離。小型的信號轉(zhuǎn)換器包括微波發(fā)生器和整個信號處理系統(tǒng)，包括規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)輸出信號（4-20mA或數(shù)字接口）。由于雷達液位計存在死區(qū)，所以雷達液位計的最大測量范圍是空罐高度減去死區(qū)的距離。參考補償距離和罐底補償距離的值可以根據(jù)具體情況而進行設(shè)定，它們可以改變4mA和20mA的對應(yīng)的液位值。

BM70既可用于測量液位也可用于測量容積，用于測量液位時，在功能顯示參數(shù)里選擇液位。液位可由公式得出：液位=罐體高度-距離。

距離由測得距離d減去補償?shù)玫降臄?shù)值，其大小為儀表響應(yīng)下限到液面的距離。用罐高減去這個距離就得到了實際的液位。在BM70里可將距離、液位或可轉(zhuǎn)換的其他功能通過信號輸出送到上位機，同時也可以就地顯示。所有的信息均可以由數(shù)字通訊裝置進行訪問。此外，測量值能夠通過參考補償距離和罐底補償距離的設(shè)定進行遷移。

四、BM70型雷達液位計的日常維護及故障處理

本鋼浦相冷軋薄板廠的酸再生系統(tǒng)中使用的雷達液位計為德國KROHNE公司所生產(chǎn)的BM70型雷達液位計，在日常檢查維護中主要檢查以下一些項目：①定期檢查儀表的電源電壓和輸出電流是否正常。②定期檢查儀表的天線是否被臟物污染。③檢查儀表與罐體連接的是否牢固。④檢查各部件連接處的密封情況是否良好。⑤定期進行校驗。另外，對于頭一次使用的儀表，如果投運后儀表沒有輸出，則應(yīng)檢查電源是否真正接上，并檢查保險絲。對于不超過2個月的短期停運，儀表電源不必切斷。故障舉例：2007年7月酸再生操作反映氨水罐的液位從75%突然下降到16%，嚴(yán)重影響了酸再生脫硅系統(tǒng)的正常運行。到達現(xiàn)場后發(fā)現(xiàn)罐內(nèi)實際液位并不低。于是先后檢查了電源電壓，天線的狀態(tài)和安裝情況均未發(fā)現(xiàn)問題。根據(jù)雷達的特性，罐內(nèi)的蒸汽不可能對其測量產(chǎn)生影響，同時罐體內(nèi)又沒有障礙物，所以判斷故障的原因在儀表本身。檢查儀表的參數(shù)，發(fā)現(xiàn)儀表功能選項3.5.5（Mutiple refelection）為OFF狀態(tài)，將其改為ON后故障消除。

五、結(jié)論

實踐證明雷達液位計具有良好的性能和優(yōu)勢，具有結(jié)構(gòu)簡單、耐腐蝕、安裝方便、易于維護等優(yōu)點，同時實現(xiàn)了信號標(biāo)準(zhǔn)化，并可通過數(shù)字通訊裝置進行訪問，易于實現(xiàn)計算機控制?？蓮V泛應(yīng)用于測量高溫、高壓、易燃、易爆、易凝等介質(zhì)的液位。

參考文獻：

[1]朱炳興，王森主編.儀表工試題集.化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

[2]陳龍官，黃偉編著.冷軋薄鋼板酸洗工藝與設(shè)備.北京：冶金工業(yè)出版社，2005.

[3]酸再生雷達液位計BM70用戶手冊.

作者簡介：高楠（1982—），男，電氣助理工程師，主要研究方向：電氣維護。