雷達液位計的原理、安裝及其構成的液位測量系統簡介

現代化的工業生產復雜程度不斷提高，對于傳統的液位測量儀表來說，傳統的液位測量裝置由于其固有的缺點已不能適用現代工業生產的需求，許多情況下的測量效里大打折扣，甚至有的無法滿足現場的測量要求。新的需求促求更新的儀表，雷達液位計就是其中具有代表性的產品，目前雷達液位計作為一種新型的液位測量裝置受到普遍關注，市場需求非常旺盛，在許多大型的工業采購項目中成為重要的液位測量儀表品種。為了幫助朋友們了解這種性能卓越的儀表，小編撰此文詳盡地介紹了雷達液位計的工作原理及特性，測量系統的組成，選型要求和安裝要點等。
　　
　一、引　言
雷達液位計是一種利用微波而實現的液位測量儀，用于對儲罐、緩沖罐、穩波管、旁通管中的液體、顆粒、漿料的物位進行非接觸式測量，具有不受溫度、壓力、惰性氣體和蒸汽的影響，也不受被測介質物理特性變化等影響等優點，近年來在電力、石化、冶金、化工等領域得到了**應用。其特點在于：應用微波實現非接觸式測量，應用范圍廣，可用于液體、乳狀體、熔融體等形態物體的液位測量；被測介質可以是易燃、易爆、腐蝕性強的高溫、高壓狀態物質。采用數字與模擬兩種輸出方式，可以單臺或多臺按總線式配置，能方便地與上位監控計算機相連接。具有智能化數據處理能力，雷達液位計有一干擾回波抑制功能。該儀表輻射率低，僅為1LW，對周圍環境及人員沒有危害。具有保安防爆功能，可帶到現場操作。通過對不同天線的匹配選擇，從而具有抗腐蝕功能。性能可靠、價格合理。

　　二、工作原理及其特性
雷達液位計是按“俯視式”時間行程測量原理進行工作的，用于測量探頭安裝處到液位表面的間距。其結構非常簡單，主要由儀表外殼、過程連接和短桿天線組成。天線起始處有一將脈沖延遲發射100mm或250mm的屏蔽管，以確保測量不受安裝接管處冷凝或粘附的影響。其測試原理見圖1。

微波脈沖從天線處向被測介質表面發射，發射波在液面處被反射，反射波被同一天線接收，發射技術交流技術TECHNOLOGY及反射波束中的每一點都采用超聲采樣方法來采集，發射及反射波束均被采樣，經信號處理后得到過程連接處到被測介質表面的距離D，D正比于微波脈沖的時間行程T，即：D=C×T2(C是波束傳播速度，為常數)。因過程連接處到測量液位零點的距離E已知由此可算出液位高度L=E－D。通過本機顯示或外部系統接口可手工或半自動地輸入表格進行線性化處理，以便測量球罐、柱形罐、臥罐和圓柱錐底罐等容器的物位。通常，雷達液位計采用工作頻率為5.8GHz的微波脈沖信號，測量范圍可達20m，并在20m范圍內任意設定。其智能化程度較高，輸出4～20mA標準模擬信號并疊加HART協議數字通信信號，對于電流輸出型，測量液位下限E點和測量液位上限F點分別對應輸出4mA和20mA。對于數字輸出型，則分別對應物位的0%和****。通過現場操作顯示器可把E、F等若干參數輸入雷達液位計，并存儲在內部EPROM中，雷達液位計在E與F設定值之間進行測量。其主要技術指標如表1所示：

 
　　三、測量系統
　　1.單點測量系統
單點測量系統如圖2所示。雷達液位計采用兩線制24VDC供電，可以通過現場操作顯示器進行現場組態。或經過接口卡FXA191，將雷達液位計傳送出的模擬信號轉變為數字信號，傳送至上位監控PC機上進行遠程組態組態時將液位下限E及液位上限F等參數輸入雷達液位計，利用現場操作顯示器時以菜單形式顯示，可顯示復位、零點、滿量程、容器映圖、鎖定、解鎖等功能。通過PC機可以觀察到測量曲線，看到有哪些干擾，干擾物在何位置及干擾幅度有多大，并可啟動干擾自動抑制功能，使測量精度更加可靠。
 
　　2.多路測量系統
　　多路測量系統如圖3所示。
多個雷達液位計的模擬輸出信號通過FXN672接口模塊和ZA轉換器，進行數字轉換及傳送，然后連接到上位監控總線系統，總線可選用MODBUS、PROFIBUS、FIP、INTERBUS等總線。上位監控計算機通過總線按接口模塊的不同地址位與各個雷達液位計進行組態與數據傳輸。
 
3.多路數字測量系統

 

（圖4）以上介紹的雷達液位計為4～20mA信號輸出，亦可選擇有數字輸出接口的雷達液位計，多路數字測量系統如圖4所示。將雷達液位計輸出連接至PROFIBUS-PA總線(至多32個變送器，在易爆危險場合為10個)，經段耦合器連至PROFIBUS-DP總線與PC接口。采用具有數字輸出的雷達液位計在數據傳輸中能保證較高的測量精度，利用段耦合器將測量總線與輸出總線進行電氣上隔離，增加了系統的安全性與抗干擾性。
 
　　4.影響測量距離的主要因素
　　(1)液體介質特性對測量范圍的影響
考慮到被測液體介質的物理特性對測量范圍的影響較大：介電常數較小的液體，對雷達液位計的測量距離影響大，使測量范圍縮小；介電常數較大的液體，對雷達液位計的測量距離影響小，使測量范圍增大。為保證較高的測量精度，可將液體分為A、B、C、D四類。A類：非導電液體，如丙烷等，介電常數小于1.4，對測量距離影響大，使測量范圍小；
 
　　四、工作流程


系統工作流程如圖6所示。*先對容器設備進行基本測量。輸入容器高度E，滿載高度F及應用參數A(A是用來將儀表調到滿足測量要求的應用參數)。這些參數輸入后，由智能顯示儀表或計算機得到的操作矩陣將被鎖定，以保證設置不受意外情況影響，再對采集到的數據線性化(線性化過程描述了測量電平與罐容量或產品重量間的關系)之后，測量值將在相應部分顯示出來。 

　　五、安裝方式
在安裝時應注意：發射天線中心軸線與被測物料表面保持垂直，并與罐壁至少保證30cm的間距。避免安裝在儲罐中心位置，因為這樣會使虛假回波增強。盡量避開下料區，攪拌器等干擾源；盡量避開震動，高壓清洗及橫向負載。雷達液位計可以采用螺紋或法蘭直接安裝在罐頂部，也可安裝在導波管或旁通管頂部。與傳統接觸式液位計相比具有以下優點：安裝簡便，安裝費用低。在煉油廠罐區測量應用時，可以不用清罐和倒罐，直接利用原有條件安裝，節省時間和費用；維護費用低，幾乎免維護，要求備品備件量少，節約資金。降低了儀表工的勞動強度，提高了生產效率；智能化，精度高，工作可靠，功能強大。有自檢、干擾抑制、隨時顯示、檢查輸出電流值、人工模擬輸出液位值和電流值等功能，并可將罐內液位轉換成體積顯示和輸出。輸出數字信號可以進行通信，保證將來系統升級。
 
　　六、結束語
　　雷達液位計在液位測量中完全能滿足現場要求，是一種性價比很高的儀表，其工作性能穩定可靠，操作方便安全，保護等級較高，抗干擾能力強，推廣應用前景廣闊。

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