浅谈雷达液位计的优势与发展以及安装使用经验

 

1  雷达液位计

        雷达液位计在测量过程中雷达发射电磁波，这些波经被测对象表面反射后，被天线接收。

 

        目前，雷达液位计普遍采用调频连续波(FMCW)技术，即在一定时间发射呈线性变化的频率。由于电磁波的传输速度为常数，通过测量发射某一频率和接收到该频率的时间，就可以计算出罐的液面空高距离 D。设定罐高度 H 后，雷达液位计的内部软件就可以计算出液位的高度 L=H－D。在选择雷达液位计时，要考虑的一个参数就是介电常数。雷达液位计的测量效果会受到介质介电常数值的影响。为了便于理解介电常数，可与“电介质”联系在一起。“电介质”是电导率低的物质。电导率低，介质的绝缘性好，或者说介电常数低；电导率高的，介电常数就高，介电常数越高，雷达反射信号越强，液位计的测量效果就越好。

        在石化罐区，对于介质介电常数小的储罐(如烯烃)，使用雷达液位计测量液位时效果差，经常出现假液位现象。雷达液位计的测量方式属于非接触式，不受介质的粘度、密度和腐蚀性影响。要使雷达液位计实现准确测量，良好的安装是必不可少的，安装时应该使雷达波避免照射到罐里的障碍物(如：管道、加强杆、搅拌器及物料的入口等)，如果雷达波照射到这些强反射的金属物体上，产生的回波会远比介质的回波强，对介质的测量就会出现不准的现象。为了避免液面波动或其他干扰，应在储罐里安装雷达导波管，使雷达波在导波管里传送。另外对于内浮顶罐，雷达可以通过导波管测量浮盘以下的液位。导波管制作时要求内壁光滑无毛刺，因为即使是很小的金属毛刺，对雷达波的反射都要强于介质对波的反射，会对雷达产生干扰，导致误判液面。

 

        介质的特性也影响雷达液位计的正常使用。锦州开元石化有限责任公司的沥青中间罐，用雷达液位计测量效果就不佳。在沥青进入罐时，约 200℃的沥青产生大量烟气，这类烟气对雷达的电磁波产生反射，使雷达不能正确判断液面，致使雷达液位计的测量效果不佳。此外，沥青烟气会在雷达喇叭口处凝结，日久凝结成了油状物质，而这类油状物质又很难擦除干净，影响了雷达液位计的准确测量。

 

2  雷达液位计接线与参数的设置

        安装完成后，将液位变送器的外壳盖拧下，取下显示模块后将电缆穿过缆塞，使用屏蔽电缆，按照接线图接线，在变送器测仪将电缆屏蔽层接地。接完线后拧紧电缆塞，拧上外壳，接线完成。

 

        必须设置以下几个参数才能保证雷达液位计的测量准确可靠：（1）选择显示功能，是显示液位还是距离。（2）选择显示长度的单位。（3）输入检测罐的高度。（4）输入死区距离，等于法兰的底部到zui高的液位之间的距离。（5）输入天线的型号和天线延伸段的长度。（6）选择显示电流输出功能。输入对应电流输出值的检测范围。

 

3  雷达液位计的安装

        雷达液位计能否正确测量，依赖于反射波的信号，如果在所选择安装的位置液面不能将电磁波反射回雷达天线系统或在信号波的范围内有干扰物反射干扰波给雷达液位计，雷达液位计就不能正确反映实际液位，因此合理选择安装位置对雷达液位计十分重要。在安装时应注意以下几点：雷达液位计天线的轴线应与液位的反映表面垂直，不可安装于罐顶的中心位置，否则会产生多重虚假回波，干扰回拨会导致信号丢失。

 

        尽量远离进料和排放口。因为液位在注入时会产生幅度比被测液体反射的有效回波大得多的虚假回波。同时旋涡引起的不规则液位会对微波信号产生散射，从而引起的不规则液位会对微波信号产生散射，从而引起有有效信号的衰减，所以应避开它们。

 

        尽量远离搅拌、挡板等有可能干扰的位置。因为对于搅拌器等容器搅拌时会产生不规则的旋涡，会造成雷达信号的衰减。同时搅拌器的叶片也会对微波信号造成虚假的回波，特别是被测物体的相对介电常数较小和低液位时，搅拌器所造成的影响更为严重。

 

        在信号波束内应避免安装任何位置，如温度传感器等。天线要平行于测量罐罐壁，有利于微波的传播。安装在罐直径的 1/6--1/4 之间，zui小雷达液位距离罐壁应大于 30cm，以避免微波发射到槽壁上产生虚假的回波信号。

 

        雷达液位计用于测量腐蚀性和易结晶的物料液位时，为了防止介质对传感器的影响，制造厂一般都采用带有聚四氟乙烯测量窗和分离法兰结构。这些部件的温度不能太高，聚四氟乙烯的zui高温度为 200 度左右。为了避免高温时雷达天线的影响，也为了防止天线上存在的结晶物影响仪表正常工作，要求法兰断面和zui高液位之间至少有 100--800mm 的安全距离。

 

        对液位波动较大的容器的液位测量，可采用附带旁通管的液位计，以减少液位波动的影响。避免与高压或电流的电频电机速度控制器等接触。保持发射锥体不受干扰使发射锥体可以传播，使天线原理墙面，避免非直接的回波。混凝土仓应离缸壁大约为 1m，zui短距离不应小于 0.5m，金属和塑料仓可以距离罐很近，但是确保探头不要碰到壁。喇叭型的雷达液位计的喇叭口要越过安装孔的内表面一定的距离（大于 10mm），棒式液位计的天线要伸出安装孔，安装孔的长度不能超过 100mm，对于圆形或椭圆形的容器，应装在中心为 1/2R（R 为容器半径）距离的位置。当储罐制造材料的介电常数小于 7，如纤维强化玻璃、聚乙烯、聚丙烯或无铅玻璃等，且壁厚适中时可安装于储罐外部。

 

        若介质储罐为球形容器时，应采用导波管或旁通管方式安装，这样可以消除由容器形状所带来的多重回波的干扰，提高信噪比。

 

        在测量介电常数较小的介质（如液化气、汽油，柴油、变压器油的等）时，因这些介质会对微波产生相对较大的衰减，为提高反射能量以确保测量精度，也应该用导波管方式安装。

 

        选择好安装位置后，安装椎体天线的安装垂直偏差小于±1 度。安装时注意不要碰坏天线。安装在室外时，要给液位变送器安装保护盖，以防日照和雨淋。

 

4  结束语

        通过对罐区雷达液位计选型及安装，罐区液位计在测量精度及长期使用的可靠性上得到了很大的提高。