摘 要：自第三次工業革命以來，工業自動化逐漸取代人工，新興智能儀表應運而生，蓬勃發展。直到目前，測量液位的儀表有磁浮子式、壓力式、浮球式、浮筒式、電容式、超聲波式、雷達式、射頻導納式等。其中，雷達液位計因維護量小，性能高且穩定，精度高，可靠性高的特點，在使用量占有極大的比例。經過多年的發展，雷達液位計的生產技術已經比較成熟。它是基于時間行程原理的測量儀表，雷達波以光速運行，運行時間可以通過電子部件被轉換成物位信號。探頭發出高頻脈沖在空間以光速傳播，當脈沖遇到物料表面時反射回來被儀表內的接收器接收，并將距離信號轉化為物位信號。國內使用的主流雷達液位計采用的是高頻達 6、10、26MHZ 的脈沖微波工作，基本可以保證測量的精度和穩定，但對液面有泡沫、石蠟等干擾吸收微波反射的介質略有不足。筆者在文章中對此進行分析和探索。

某公司為煤制甲醇工藝，精甲醇罐 4 個，中間罐 8 個（其中粗甲醇罐 4 個，一期為 2 個，二期為 2 個）法蘭口徑為 DN100。其中一期粗甲醇罐采用的是 VEGA 喇叭口雷達液位計，其余均采用導波纜繩雷達液位計。前期投用，運行良好。一期雷達液位計偶爾會出現滿量程情況，尤其在秋天晝夜溫差大時比較頻繁。拆檢為探頭處有冷凝液。半年之后，一期首先出現液位計大幅度波動，抑制后液位顯示正常。往后一段時間，經常出現類似情況。出于甲醇有結蠟情況的考慮，可能會改變液面介電常數和吸收發射微波，將液位計更換為導波纜繩液位計，情況好轉。繼續運行了 4、5 個月之后，雷達液位計出現了無規律波動。檢查回波曲線波峰不明顯，且波峰一直變化位置，回波強度大概在 30~100 MV 波動，無法準確測量液位。更換新備件后，情況沒有太大變化。每次拆檢都能不同程度地發現有部分顆粒狀物，懷疑為結蠟。由于工藝流程長期運行，儲罐不能經常切出檢修清洗，且被測介質極易結蠟。綜合以上因素，需找出一個長期穩定有效的辦法來解決這個問題。 

1 導波雷達液位計測量原理

導波雷達液位計是依據時域反射原理（TDR）為基礎的雷達液位計，采用高頻振蕩器作為電磁脈沖發生體，發射電磁脈沖，沿導波纜或導波桿向下傳播，當遇到被測介質表面時，三暢雷達液位計的部分電磁脈沖被反射回來，形成回波。并沿相同路徑返回到脈沖發射裝置，通過測量發射波與反射波的運行時間，經 t=2d/c 公 式，計算得出液位高度。根據圖（a）所示，導波雷達液位計發射電磁脈沖時，在通過導波纜頂部的時候，由于距發射端較近，會產生一個虛假回波，可通過濾除虛假回波，來消除干擾。電磁脈沖沿導波纜向下傳播時，當信號到達被測介質表面時，回波一部分會被反射，并在回波曲線上產生一個階躍性變化。

另外一部分信號仍然會繼續向下傳播，直到損耗在不斷發射中。液位計通過檢測出液位回波和頂部發射回波之間的時間差，根據這個時間差，經過智能化信號處理器，進行計算就可以得到液位的高度。

從圖（b）可以看出，在空罐的時候，沒有液位就不會檢測到液位回波信號，但是頂部虛假回波同樣會存在，電磁脈沖傳輸到導波纜的底部，罐底會產生一個回波。假如罐體內有兩種不相溶的介質，由于密度不同，兩種介質會分為上下兩層。如果且這兩種介質的介電常數相差極大，那么就可以通過回波信號的不同來判斷兩種介質的界面，進而計算出兩種介質的高度以及界面的高度。由于電磁脈沖是通過導波纜向下傳播，信號衰減比較小，因而可以測量低介電常數的介質。一般情況下被測介質的相對介電常數越大，反射回來的脈沖信號就越強。也就更容易區分出虛假回波。更容易得到真實液位。比如水比甲醇更容易測量。 

2 介質的相對介電常數對信號的影響

介質的相對介電常數是表征介質極化的一個物理量，它是由介質本身的屬性決定的。因此，介質不同，相對介電常數也不同。被測介質的介電常數大小直接影響高頻脈沖信號的反射率。當電磁脈沖到達介質表面時，電磁波會發生反射和折射。相對介電常數越大，則反射的損耗越小，相反相對介電常數越小，則發射的損耗越大，信號衰減的越嚴重。當被測介質的電導率大于10mS/cm，則會全部反射回來，即回波信號越強。由于過小的相對介電常數會導致信號極度衰減。因而每一種導波雷達液位計都具有一項zui小相對介電常數，確保三暢雷達液位計能夠正常使用。不同公司的導波雷達液位計在結構設計上不同，對zui小相對介電常數的要求也不同。VEGA FX81 的zui小相對介電常數是 1.4，E+HFMP41 的zui小相對介電常數是 1.4 rosemount 5301 的zui小相對介電常數是 1.2

3 浮子液位計的測量原理

在液體中，由于物體密度小于液體密度，物體會浮在液體表面，這個物體可以被稱為浮子。在各種條件不變化的情況下，物體所受浮力是恒定的，浸入液體的體積也是恒定的。即高出液面的距離也是恒定的。當液位變化時，浮子隨著液面的變化而變化。根據阿基米德浮力定律可以算出物體高處液面的距離，繼而得出真實的液位。解決方法如下：

選取一密度比較小的物體（不溶于被測介質），選用現場隨處可見的泡沫（成分聚苯乙烯，不溶于醇類），厚約 10 mm。作大小直徑為 75 mm、65 mm 的圓臺形。中間圓心開約 10 mm 的孔。為防止泡沫在運行中長期浮動磨損，取 Φ10 氣源管 20 mm 長，置于圓臺中間孔內。再截取直徑為 70 mm 的鋁皮（現場保溫隨處可見）放于圓臺之上。用以改變被測介質的液面屬性，加強回波。將三暢雷達液位計纜繩旋開，將浮子串入纜繩中，將纜繩恢復。緩慢放入導波管中。檢尺實際液位，調整偏移量，使其顯示等于實際液位。經過長時間多次檢尺測量對比，誤差在 5 mm 以內，對于一些液位控制要求不是很高的地方，有很好的借鑒意義。目前液位計已持續運行 3 年有余，一直運行良好。 

4 結 語

雷達液位計在化工企業應用廣泛，改造雖小，卻經濟實用。既降低了故障率，又節省了成本。通常我們只從儀表本身問題出發，而去解決問題。這次通過改變介質液面性質，來達到雷達液位計穩定運行的目的。也為我們開辟了一條新思路。