定華雷達(dá)知識(shí)講堂：雷達(dá)液位計(jì)的測(cè)量原理、特點(diǎn)與應(yīng)用

雷達(dá)液位計(jì)是一種非接觸式無可動(dòng)部件、真正免維護(hù)的液位測(cè)量?jī)x表。該儀表經(jīng)過多年的應(yīng)用及技術(shù)改進(jìn)，目前廣泛應(yīng)用于石化行業(yè)，并得到了用戶的認(rèn)可。本文簡(jiǎn)要介紹了雷達(dá)液位計(jì)的2種不同的測(cè)量原理，根據(jù)其特點(diǎn)與優(yōu)點(diǎn)，指出了適合應(yīng)用的場(chǎng)合及安裝要求。

一、雷達(dá)液位計(jì)的測(cè)量原理與特點(diǎn)

雷達(dá)液位計(jì)是利用超高頻電磁波經(jīng)天線向被測(cè)容器的液面發(fā)射，當(dāng)電磁波到達(dá)液面后反射回來，被同一天線接收并檢測(cè)出發(fā)射波及回波的時(shí)差，從而計(jì)算出液面高度。

雷達(dá)液位計(jì)有2種工作模式，分別對(duì)應(yīng)兩種測(cè)量原理。

1.脈沖微波方式(PTOF)

這種方式是一種“俯視式”時(shí)間行程測(cè)量系統(tǒng)，測(cè)量系統(tǒng)經(jīng)過天線以固定的帶寬周期地發(fā)射某一固定頻率的微波脈沖，在被測(cè)物料表而產(chǎn)生反射后由雷達(dá)系統(tǒng)所接收。天線接收反射的微波脈沖并將其傳給電子線路，微處理器對(duì)此信號(hào)進(jìn)行處理，識(shí)別出微波脈沖在物料表而所產(chǎn)生的回波，并據(jù)此計(jì)算液位，將被測(cè)液位距離成正比關(guān)系的時(shí)間再轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。

2.調(diào)頻連續(xù)波方式(FMCW)

這種方式的雷達(dá)液位計(jì)的微波源是x波段的旅控振蕩器，天線發(fā)射的微波是頻率被線形調(diào)制的連續(xù)波，當(dāng)回波被天線接收到時(shí)，微波發(fā)射頻率已經(jīng)改變。發(fā)射波與回波的頻率差正比于天線到液面的距離，以此計(jì)算出液位高度。

二、雷達(dá)液位計(jì)的特點(diǎn)

1.雷達(dá)液位計(jì)主要由電子控制單元和天線構(gòu)成，無可動(dòng)部件，不存在機(jī)械磨損，與機(jī)械部件的液位測(cè)量?jī)x表相比使用壽命較長。真正免維護(hù)。

2.雷達(dá)液位計(jì)能用于大部分液位的液位測(cè)量，其發(fā)出的微波能穿過真空，不需要傳輸媒介，受大氣、蒸汽、罐內(nèi)揮發(fā)霧的影響小。

3.采用非接觸式測(cè)量，不受罐內(nèi)液位密度、濃度等物理特性影響。測(cè)量范圍大、抗腐蝕能力強(qiáng)。

4.安裝方便、故障率低、維護(hù)容易、精度高、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。

5.采用數(shù)字與模擬兩種輸出方式，可以單臺(tái)或多臺(tái)按總線式配置，能方便地與上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)相連接。

6.儀表輻射率低，對(duì)周圍環(huán)境及人員基本上沒有傷害。

三、雷達(dá)液位計(jì)的選型與應(yīng)用

雷達(dá)液位計(jì)的種類繁多，選型時(shí)首先要考慮被測(cè)介質(zhì)的溫度、壓力、密度、粘度及腐蝕性等特性對(duì)其使用性能的影響。因此，在選型時(shí)要針對(duì)介質(zhì)在特定工況下的特性來選取適宜的天線和表頭。對(duì)于體積較小、形狀復(fù)雜的罐體或需測(cè)量多種液體分界面的應(yīng)用場(chǎng)合，推薦采用導(dǎo)波纜天線雷達(dá)液位計(jì)；對(duì)測(cè)量環(huán)境較復(fù)雜的罐體，如介質(zhì)易揮發(fā)、腐蝕及高壓和高溫等，推薦使用非接觸天線雷達(dá)液位計(jì)，由于液位計(jì)與介質(zhì)不接觸，就能避免由于介質(zhì)的物理和化學(xué)性質(zhì)影響其計(jì)量精度或?qū)σ何挥?jì)本身的損傷。

由于雷達(dá)液位計(jì)的精度、日常維護(hù)和使用壽命直接影響企業(yè)的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益，所以過硬的質(zhì)量和滿意的售后服務(wù)對(duì)用戶來說至關(guān)重要。

選型原則主要從以下幾方面考慮，具體遵循相應(yīng)的儀表選型規(guī)范:

(1)儀表性能；(2)介質(zhì)特性；(3)安裝條件；(4)環(huán)境條件；(5)經(jīng)濟(jì)因素。

液位介質(zhì)特性對(duì)測(cè)量范圍有一定影響，介電常數(shù)較小的液體，對(duì)雷達(dá)液位計(jì)的測(cè)量距離影響大，使測(cè)量范圍縮小;介電常數(shù)較大的液體，對(duì)雷達(dá)液位計(jì)的測(cè)量距離影響小，使測(cè)量范圍增大。

各種型號(hào)的雷達(dá)液位計(jì)的性能各有特色，應(yīng)根據(jù)使用要求、被測(cè)介質(zhì)的溫度、壓力、腐蝕特性和使用空間尺寸等具體工況來分析確定適合選用的型號(hào)。如配備不同的天線可以滿足各種測(cè)量要求，最常用的錐體天線可用于安裝在緩沖罐和儲(chǔ)罐的罐頂或其導(dǎo)波管上，適用大測(cè)量范圍的測(cè)量場(chǎng)所，而拋物面天線適用于液相與固相料位的測(cè)量場(chǎng)所，并可用于極長距離的測(cè)量，小的喇叭天線則適用于小型容器，平面天線則適用于多種工況。

四、雷達(dá)液位計(jì)的安裝

按照石油化工儀表安裝設(shè)計(jì)規(guī)范(SH/T 3104一2000)的6. 0. 7 ,對(duì)于超聲波及微波(雷達(dá))液(料)位計(jì)的安裝要求如下:

(1)測(cè)量液位的場(chǎng)合，宜垂直向下檢測(cè)安裝；

(2)測(cè)量料位的場(chǎng)合，微波的波束宜指向料倉底部的出料口；

(3)微波的波束中心距容器壁的距離應(yīng)大于由束射角、測(cè)量范圍計(jì)算出來的最低液(料)位處的波束半徑；

(4)微波的波束途徑應(yīng)避開容器進(jìn)料流束的噴射范圍;

(5)微波的波束途徑應(yīng)避開攪拌器及其它障礙物。

微波液(料)位計(jì)的安裝，還應(yīng)符合制造廠的要求。

此外，浮頂式罐體和具有觀測(cè)管的球型罐體，通常使用導(dǎo)波管，主要是為了消除有可能因容器形狀而學(xué)致多重回波產(chǎn)生的干擾影響，或是在測(cè)量相對(duì)介電常數(shù)較小的介質(zhì)時(shí)用來提高反射回波能量。安裝時(shí)應(yīng)使液位計(jì)位于導(dǎo)波管中心，導(dǎo)波管的焊縫應(yīng)處理成光滑無毛刺，并且清除鐵銹或雜質(zhì)，以確保測(cè)量精度。

液位測(cè)量?jī)x表種類繁多，每種測(cè)量方式均有其特點(diǎn)和針對(duì)性。雷達(dá)液位計(jì)在液位測(cè)量中可以滿足一定的測(cè)量要求，其工作性能穩(wěn)定可靠，操作方便安全，抗干擾能力強(qiáng)，可測(cè)介質(zhì)多，可以達(dá)到較高的測(cè)量精度，所以雷達(dá)液位計(jì)必然會(huì)以其特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)在石化行業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。但雷達(dá)液位計(jì)同樣具有其局限性，如過高的價(jià)格，對(duì)介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)有一定要求等。因此在選用時(shí)，應(yīng)按照實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合的需求、工程項(xiàng)目特點(diǎn)、設(shè)計(jì)條件和費(fèi)用等方面來綜合考慮，保證經(jīng)濟(jì)適用、安全可靠。

審核編輯黃宇