雷達(dá)液位計(jì)基本原則解析與常規(guī)應(yīng)用

雷達(dá)料位計(jì)是基于時(shí)間行程原理的測(cè)量?jī)x表，雷達(dá)波以光速運(yùn)行，運(yùn)行時(shí)間可以通過(guò)電子部件被轉(zhuǎn)換成物位信號(hào)。探頭發(fā)出高頻脈沖并沿纜繩傳播，當(dāng)脈沖遇到物料表面時(shí)反射回來(lái)被儀表內(nèi)的接收器接收，并將距離信號(hào)轉(zhuǎn)化為物位信號(hào)。

基本原理
雷達(dá)波是一種特殊形式的電磁波，雷達(dá)料位計(jì)利用了電磁波的特殊性能來(lái)進(jìn)行料位檢測(cè)。電磁波的物理特性與可見(jiàn)光相似，傳播速度相當(dāng)于光速。其頻率為300MHz-3000GHz。電磁波可以穿透空間蒸汽、粉塵等干擾源，遇到障礙物易于被反射，被測(cè)介質(zhì)導(dǎo)電性越好或介電常數(shù)越大，回波信號(hào)的反射效果越好。

KERD-800/900系列雷達(dá)料位計(jì)的頻率越高，發(fā)射角越小，單位面積上能量（磁通量或場(chǎng)強(qiáng)）越大，波的衰減越小，雷達(dá)料位計(jì)的測(cè)量效果越好。

發(fā)射－反射－接收是雷達(dá)式料位計(jì)工作的基本原理。雷達(dá)傳感器的天線以波束的形式發(fā)射小5.8GHz的雷達(dá)信號(hào)。反射回來(lái)的信號(hào)仍由天線接收，KERD-800/900系列雷達(dá)料位計(jì)雷達(dá)脈沖信號(hào)從發(fā)射到接收的運(yùn)行時(shí)間與傳感器到介質(zhì)表面的距離以及物位成比例。

即：h= H–vt/2

式中 h為料位；H為槽高； v為雷達(dá)波速度；t為雷達(dá)波發(fā)射到接收的間隔時(shí)間

NIVELCO導(dǎo)波雷達(dá)料位計(jì)是依據(jù)時(shí)域反射原理（ T D R T i m eDomain Reflectometry）為基礎(chǔ)的雷達(dá)料位計(jì),時(shí)域反射原理首先是用于通訊電纜的故障檢測(cè)，今天我們將導(dǎo)波雷達(dá)料位計(jì)成功應(yīng)用于工業(yè)測(cè)量領(lǐng)域.[1] 

先進(jìn)技術(shù)
1.回波處理新技術(shù)的應(yīng)用

雷達(dá)料位計(jì)
從KERD-800/900系列雷達(dá)料位計(jì)雷達(dá)料位計(jì)的測(cè)量原理可以知道，KERD-800/900系列雷達(dá)料位計(jì)雷達(dá)料位計(jì)是通過(guò)處理雷達(dá)波從探頭發(fā)射到介質(zhì)表面然后返回到探頭的時(shí)間來(lái)測(cè)量料位的，在反射信號(hào)中混合有許多干擾信號(hào)，所以，對(duì)真實(shí)回波的處理和對(duì)各種虛假回波的識(shí)別技術(shù)就成為KERD-800/900系列雷達(dá)料位計(jì)雷達(dá)料位計(jì)能夠準(zhǔn)確測(cè)量的關(guān)鍵因素。

2.測(cè)量數(shù)據(jù)處理：

由于液面波動(dòng)和隨機(jī)噪聲等因素的影響，檢測(cè)信號(hào)中必然混有大量噪聲。為了提高檢測(cè)的準(zhǔn)確度，須對(duì)檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行處理，盡可能消除噪聲。

經(jīng)過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，采用數(shù)據(jù)平滑方法可以達(dá)到滿意的效果。此方法也可有效的克服罐內(nèi)攪拌器對(duì)測(cè)量的影響。

3.KERD-800/900系列雷達(dá)料位計(jì)雷達(dá)料位計(jì)的特點(diǎn)：

由于KERD-800/900系列雷達(dá)料位計(jì)雷達(dá)料位計(jì)采用了上述先進(jìn)的回波處理和數(shù)據(jù)處理技術(shù)，加上雷達(dá)波本身頻率高，穿透性能好的特點(diǎn)，所以，KERD-800/900系列雷達(dá)料位計(jì)雷達(dá)料位計(jì)具有比接觸式料位計(jì)和同類非接觸料位計(jì)更加優(yōu)良的性能。

①可在惡劣條件下連續(xù)準(zhǔn)確地測(cè)量。

②操作簡(jiǎn)單，調(diào)試方便。

③準(zhǔn)確安全且節(jié)省能源。

④無(wú)需維修且可靠性強(qiáng)。

⑤幾乎可以測(cè)量所有介質(zhì)。

安裝應(yīng)注意的問(wèn)題

（1）當(dāng)測(cè)量液態(tài)物料時(shí)，傳感器的軸線和介質(zhì)表面保持垂直；當(dāng)測(cè)量固態(tài)物料時(shí)，由于固體介質(zhì)會(huì)有一個(gè)堆角，傳感器要傾斜一定的角度。

（2）盡量避免在發(fā)射角內(nèi)有造成假反射的裝置。特別要避免在距離天線近的1/3錐形發(fā)射區(qū)內(nèi)有障礙裝置（因?yàn)檎系K裝置越近，虛假反射信號(hào)越強(qiáng)）。若實(shí)在避免不了，建議用一個(gè)折射板將過(guò)強(qiáng)的虛假反射信號(hào)折射走。這樣可以減小假回波的能量密度，使傳感器較容易地將虛假信號(hào)濾出。

（3）要避開(kāi)進(jìn)料口，以免產(chǎn)生虛假反射。

（4）傳感器不要安裝在拱形罐的中心處（否則傳感器收到的虛假回波會(huì)增強(qiáng)），也不能距離罐壁很近安裝，佳安裝位置在容器半徑的1/2處。

（5）要避免安裝在有很強(qiáng)渦流的地方。如：由于攪拌或很強(qiáng)的化學(xué)反應(yīng)等，建議采用導(dǎo)波管或旁通管測(cè)量。

（6）若傳感器安裝在接管上，天線須從接管伸出來(lái)。喇叭口天線伸出接管至少10mm。棒式天線接管長(zhǎng)度大100或250mm。接管直徑小250mm。可以采取加大接管直徑的方法，以減少由于接管產(chǎn)生的干擾回波。

（7）關(guān)于導(dǎo)波管天線：導(dǎo)波管內(nèi)壁一定要光滑，下面開(kāi)口的導(dǎo)波管須達(dá)到需要的低液位，這樣才能在管道中進(jìn)行測(cè)量。傳感器的類型牌要對(duì)準(zhǔn)導(dǎo)波管開(kāi)孔的軸線。若被測(cè)介電常數(shù)小于4，需在導(dǎo)波管末端安裝反射板，或?qū)?dǎo)波管末端彎成一個(gè)彎度，將容器底的反射回波折射走。

應(yīng)用中存在的問(wèn)題及解決方法

有些工況下所使用的雷達(dá)料位計(jì)，因?yàn)閭鞲衅靼惭b位置不當(dāng)及條件所致，出現(xiàn)了一些問(wèn)題，下面將對(duì)一些使用中的問(wèn)題提出解決方案,供大家參考。

1．探頭結(jié)疤和頻繁故障的解決方法

導(dǎo)波雷達(dá)料位計(jì)

個(gè)辦法是將探頭安裝位置提高，但是有時(shí)候安裝條件限制，不能提高的情況下，就應(yīng)采用將料位測(cè)量值與該槽的泵聯(lián)鎖的辦法，解決這一難題：將高料位設(shè)定值減小0.5m左右，當(dāng)料位達(dá)到該高值時(shí)，即可停進(jìn)料泵或開(kāi)啟出料泵。

2．KERD-800/900系列雷達(dá)料位計(jì)雷達(dá)料位計(jì)被淹相應(yīng)的改進(jìn)辦法

解決這種問(wèn)題的辦法是將雷達(dá)料位計(jì)改為導(dǎo)波管式測(cè)量。仍在原開(kāi)孔處安裝導(dǎo)波管式雷達(dá)料位計(jì)，導(dǎo)波管高于排汽管0.2m左右， 這樣一來(lái)，即使出現(xiàn)料漿從排汽管溢出的惡劣工況，也不會(huì)使料位計(jì)天線被料漿淹沒(méi)，而且避免了攪拌器渦流的干擾及大量蒸汽從探頭處冒出，減少了對(duì)探頭的損害，同時(shí)由于導(dǎo)波管聚焦效果好，接收的雷達(dá)波信號(hào)更強(qiáng)，取得了很好的測(cè)量效果。使用導(dǎo)波管測(cè)量方式，可以改善表計(jì)測(cè)量條件，提高儀表測(cè)量性能,具有很高的推廣應(yīng)用價(jià)值。

3．關(guān)于泡沫對(duì)測(cè)量的影響：

干泡沫和濕泡沫能將雷達(dá)波反射回來(lái)，對(duì)測(cè)量無(wú)影響；中性泡沫則會(huì)吸收和擴(kuò)散雷達(dá)波，因而嚴(yán)重影響回波的反射甚至沒(méi)有回波。當(dāng)介質(zhì)表面為稠而厚的泡沫時(shí)，測(cè)量誤差較大或無(wú)法測(cè)量，在這種工況下，雷達(dá)料位計(jì)不具有優(yōu)勢(shì)，這是其應(yīng)用的局限性。

4．對(duì)于天線結(jié)疤的處理：

介電常數(shù)很小的掛料在干燥狀態(tài)下對(duì)測(cè)量無(wú)影響，而介電常數(shù)很高的掛料則對(duì)測(cè)量有影響。可用壓縮空氣吹掃（或清水沖洗），且冷卻的壓縮空氣可降低法蘭和電器元件的溫度。還可用酸性清洗液清洗堿性結(jié)疤，但在清洗期間不能進(jìn)行料位測(cè)量。

特點(diǎn)
導(dǎo)波雷達(dá)料位計(jì)是測(cè)量料位的佳方法;導(dǎo)波雷達(dá)料位計(jì)測(cè)量不受罐體形狀的影響；也不受介電常數(shù)、溫度、壓力與密度的影響；導(dǎo)波雷達(dá)料位計(jì)的測(cè)量長(zhǎng)度可以靈活變更，無(wú)須標(biāo)定；測(cè)量結(jié)果具有高精度、可重復(fù)性、高分辯率；NIVELCO導(dǎo)波雷達(dá)料位計(jì)的測(cè)量范圍可達(dá)24米，適用的介質(zhì)溫度范圍-50℃∽+250℃，適用的壓力范圍高達(dá)40bar；導(dǎo)波雷達(dá)料位計(jì)有多種探頭類型和材質(zhì)可供選擇；數(shù)字化顯示和防爆認(rèn)證可供選擇。

應(yīng)用指南
雷達(dá)料位計(jì)適用于酸堿儲(chǔ)罐、漿料儲(chǔ)罐、固體顆粒、小型儲(chǔ)油罐。各類導(dǎo)電、非導(dǎo)電介質(zhì)、腐蝕性介質(zhì)。如煤倉(cāng)、灰倉(cāng)、油罐、酸罐等

不同類型雷達(dá)料位計(jì)
雷達(dá)料位計(jì)導(dǎo)波雷達(dá)料位計(jì)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)：雷達(dá)料位計(jì)對(duì)液體、顆粒及漿料連續(xù)物位測(cè)量。測(cè)量不受介質(zhì)變化、溫度變化、惰性氣體及蒸汽、粉塵、泡沫等的影響。雷達(dá)料位計(jì)的精度為5mm，量程60米，耐250度高溫、40公斤高壓，雷達(dá)料位計(jì)適用于爆炸危險(xiǎn)區(qū)域。

調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)料位計(jì)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)：用于液體或固體的非接觸液位變送器 不受電導(dǎo)常數(shù)，溫度，壓力和密度變化影響， 雷達(dá)料位計(jì)的精度可達(dá)±1mm 測(cè)量范圍可達(dá)100m ，罐底跟蹤（TBF）方式用于測(cè)量低電導(dǎo)常數(shù)，介質(zhì)法蘭溫度可達(dá)250oC 介質(zhì)溫度-60oC—600oC 壓力可達(dá)64bar HART，通訊方式PA，F(xiàn)F，RS485 ATEX爆炸測(cè)試認(rèn)證。

高頻雷達(dá)物位計(jì)
前已成為市場(chǎng)上的主流產(chǎn)品目，主要分為KERD-800/900系列雷達(dá)料位計(jì)脈沖雷達(dá)物位計(jì)和導(dǎo)波雷達(dá)物位計(jì)。低頻脈沖雷達(dá)物位計(jì)盡管具有價(jià)格相對(duì)低廉的優(yōu)點(diǎn)，但在主要應(yīng)用領(lǐng)域中，屬于逐漸被淘汰的產(chǎn)品。與低頻脈沖雷達(dá)物位計(jì)相比，高頻脈沖雷達(dá)物位計(jì)在應(yīng)用過(guò)程中有以下優(yōu)點(diǎn)：

1．KERD-800/900系列雷達(dá)料位計(jì)高頻雷達(dá)物位計(jì)（主要指26GHz和24GHz）具有能量高，波束角小，天線尺寸小，精度高等優(yōu)點(diǎn)。

2.26GHz雷達(dá)波長(zhǎng)11mm，6GHz雷達(dá)波長(zhǎng)50mm，雷達(dá)物位計(jì)在測(cè)量散裝料位時(shí)，雷達(dá)波反射主要來(lái)自料面的漫反射，漫反射的強(qiáng)度與物料大小成正比，與波長(zhǎng)成反比，而大部份散裝料直徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于50mm，這就是目前26GHz雷達(dá)是測(cè)量散裝料物位佳選擇的原因。

3．在一些直徑小而高度并不是很高的小型罐的應(yīng)用中，6GHz雷達(dá)天線長(zhǎng)（300-400mm）無(wú)形中增大了盲區(qū)（大約600mm），另外由于6GHz雷達(dá)方向性差（開(kāi)角大）在小罐中會(huì)產(chǎn)生多徑反射；而26GHz雷達(dá)頻率高，天線短，方向性好，克服了6GHz雷達(dá)的缺點(diǎn)，適用于小罐測(cè)量。

4．由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣，隨著時(shí)間推移，雷達(dá)天線會(huì)堆積污物、水汽等，26GHz雷達(dá)天線小，附加天線罩可大大改善因污物、水汽造成的影響；6GHz雷達(dá)天線大，加天線罩很困難。且儀表較沉重，清理困難。

5．由于26GHz雷達(dá)方向性好，很多惡劣工況，可通過(guò)簡(jiǎn)單隔離，將KERD-800/900系列雷達(dá)料位計(jì)雷達(dá)物位計(jì)裝在容器外進(jìn)行測(cè)量

雷達(dá)料位計(jì)的優(yōu)點(diǎn)

雷達(dá)料位計(jì)是非接觸式測(cè)量或TDR導(dǎo)波式測(cè)量
雷達(dá)料位計(jì)應(yīng)用電磁脈沖進(jìn)行快速測(cè)量，精度高，抗*力強(qiáng)
耐腐蝕（探頭大多采用316不銹鋼或PVDP等材料）
耐壓高（40Kg/cm2）
耐溫高（200℃

雷達(dá)料位計(jì)的注意事項(xiàng)

雷達(dá)料位計(jì)對(duì)于安裝空間有一定的要求
● 注意介質(zhì)的介電常數(shù)，并依據(jù)介電常數(shù)的大小選擇適合的型號(hào)

技術(shù)參數(shù)編輯
列導(dǎo)波雷達(dá)料位計(jì)的技術(shù)參數(shù)如下：

精度 液體：量程小于15m時(shí)，±0.1mm；量程大于15m時(shí)，測(cè)量值±0.2%

固體：20mm±0.05%

溫度飄移 0.01%/℃

重復(fù)性 1mm

介質(zhì)溫度 -50～250℃

法蘭溫度 -30～200℃/-30～150℃防爆型

環(huán)境溫度 -30～60℃/-30～55℃防爆型

耐壓 40bar

表頭顯示 LCD可選

標(biāo)準(zhǔn)輸出 4～20mA/HART

故障診斷輸出 22mA

供電 18～35VDC/ 小于28VDC防爆型

外殼材料 鑄鋁還氧涂層

防護(hù)等級(jí) NEMA（IP68）

防爆 ATEX II 1G 或II 1/2 D T 100℃ EEX ia II C T6...T3或EEX ia II B T6...T3

重量 2Kg（無(wú)探頭）

文章來(lái)自儀表網(wǎng)