淺談雷達液位計的優勢與發展以及安裝使用經驗

 

1  雷達液位計

        雷達液位計在測量過程中雷達發射電磁波，這些波經被測對象表面反射后，被天線接收。

 

        目前，雷達液位計普遍采用調頻連續波(FMCW)技術，即在一定時間發射呈線性變化的頻率。由于電磁波的傳輸速度為常數，通過測量發射某一頻率和接收到該頻率的時間，就可以計算出罐的液面空高距離 D。設定罐高度 H 后，雷達液位計的內部軟件就可以計算出液位的高度 L=H－D。在選擇雷達液位計時，要考慮的一個參數就是介電常數。雷達液位計的測量效果會受到介質介電常數值的影響。為了便于理解介電常數，可與“電介質”聯系在一起。“電介質”是電導率低的物質。電導率低，介質的絕緣性好，或者說介電常數低；電導率高的，介電常數就高，介電常數越高，雷達反射信號越強，液位計的測量效果就越好。

        在石化罐區，對于介質介電常數小的儲罐(如烯烴)，使用雷達液位計測量液位時效果差，經常出現假液位現象。雷達液位計的測量方式屬于非接觸式，不受介質的粘度、密度和腐蝕性影響。要使雷達液位計實現準確測量，良好的安裝是必不可少的，安裝時應該使雷達波避免照射到罐里的障礙物(如：管道、加強桿、攪拌器及物料的入口等)，如果雷達波照射到這些強反射的金屬物體上，產生的回波會遠比介質的回波強，對介質的測量就會出現不準的現象。為了避免液面波動或其他干擾，應在儲罐里安裝雷達導波管，使雷達波在導波管里傳送。另外對于內浮頂罐，雷達可以通過導波管測量浮盤以下的液位。導波管制作時要求內壁光滑無毛刺，因為即使是很小的金屬毛刺，對雷達波的反射都要強于介質對波的反射，會對雷達產生干擾，導致誤判液面。

 

        介質的特性也影響雷達液位計的正常使用。錦州開元石化有限責任公司的瀝青中間罐，用雷達液位計測量效果就不佳。在瀝青進入罐時，約 200℃的瀝青產生大量煙氣，這類煙氣對雷達的電磁波產生反射，使雷達不能正確判斷液面，致使雷達液位計的測量效果不佳。此外，瀝青煙氣會在雷達喇叭口處凝結，日久凝結成了油狀物質，而這類油狀物質又很難擦除干凈，影響了雷達液位計的準確測量。

 

2  雷達液位計接線與參數的設置

        安裝完成后，將液位變送器的外殼蓋擰下，取下顯示模塊后將電纜穿過纜塞，使用屏蔽電纜，按照接線圖接線，在變送器測儀將電纜屏蔽層接地。接完線后擰緊電纜塞，擰上外殼，接線完成。

 

        必須設置以下幾個參數才能保證雷達液位計的測量準確可靠：（1）選擇顯示功能，是顯示液位還是距離。（2）選擇顯示長度的單位。（3）輸入檢測罐的高度。（4）輸入死區距離，等于法蘭的底部到zui高的液位之間的距離。（5）輸入天線的型號和天線延伸段的長度。（6）選擇顯示電流輸出功能。輸入對應電流輸出值的檢測范圍。

 

3  雷達液位計的安裝

        雷達液位計能否正確測量，依賴于反射波的信號，如果在所選擇安裝的位置液面不能將電磁波反射回雷達天線系統或在信號波的范圍內有干擾物反射干擾波給雷達液位計，雷達液位計就不能正確反映實際液位，因此合理選擇安裝位置對雷達液位計十分重要。在安裝時應注意以下幾點：雷達液位計天線的軸線應與液位的反映表面垂直，不可安裝于罐頂的中心位置，否則會產生多重虛假回波，干擾回撥會導致信號丟失。

 

        盡量遠離進料和排放口。因為液位在注入時會產生幅度比被測液體反射的有效回波大得多的虛假回波。同時旋渦引起的不規則液位會對微波信號產生散射，從而引起的不規則液位會對微波信號產生散射，從而引起有有效信號的衰減，所以應避開它們。

 

        盡量遠離攪拌、擋板等有可能干擾的位置。因為對于攪拌器等容器攪拌時會產生不規則的旋渦，會造成雷達信號的衰減。同時攪拌器的葉片也會對微波信號造成虛假的回波，特別是被測物體的相對介電常數較小和低液位時，攪拌器所造成的影響更為嚴重。

 

        在信號波束內應避免安裝任何位置，如溫度傳感器等。天線要平行于測量罐罐壁，有利于微波的傳播。安裝在罐直徑的 1/6--1/4 之間，zui小雷達液位距離罐壁應大于 30cm，以避免微波發射到槽壁上產生虛假的回波信號。

 

        雷達液位計用于測量腐蝕性和易結晶的物料液位時，為了防止介質對傳感器的影響，制造廠一般都采用帶有聚四氟乙烯測量窗和分離法蘭結構。這些部件的溫度不能太高，聚四氟乙烯的zui高溫度為 200 度左右。為了避免高溫時雷達天線的影響，也為了防止天線上存在的結晶物影響儀表正常工作，要求法蘭斷面和zui高液位之間至少有 100--800mm 的安全距離。

 

        對液位波動較大的容器的液位測量，可采用附帶旁通管的液位計，以減少液位波動的影響。避免與高壓或電流的電頻電機速度控制器等接觸。保持發射錐體不受干擾使發射錐體可以傳播，使天線原理墻面，避免非直接的回波。混凝土倉應離缸壁大約為 1m，zui短距離不應小于 0.5m，金屬和塑料倉可以距離罐很近，但是確保探頭不要碰到壁。喇叭型的雷達液位計的喇叭口要越過安裝孔的內表面一定的距離（大于 10mm），棒式液位計的天線要伸出安裝孔，安裝孔的長度不能超過 100mm，對于圓形或橢圓形的容器，應裝在中心為 1/2R（R 為容器半徑）距離的位置。當儲罐制造材料的介電常數小于 7，如纖維強化玻璃、聚乙烯、聚丙烯或無鉛玻璃等，且壁厚適中時可安裝于儲罐外部。

 

        若介質儲罐為球形容器時，應采用導波管或旁通管方式安裝，這樣可以消除由容器形狀所帶來的多重回波的干擾，提高信噪比。

 

        在測量介電常數較小的介質（如液化氣、汽油，柴油、變壓器油的等）時，因這些介質會對微波產生相對較大的衰減，為提高反射能量以確保測量精度，也應該用導波管方式安裝。

 

        選擇好安裝位置后，安裝椎體天線的安裝垂直偏差小于±1 度。安裝時注意不要碰壞天線。安裝在室外時，要給液位變送器安裝保護蓋，以防日照和雨淋。

 

4  結束語

        通過對罐區雷達液位計選型及安裝，罐區液位計在測量精度及長期使用的可靠性上得到了很大的提高。