雷达液位计

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浅析雷达液位计在本钢浦相冷轧薄板厂酸再生系统中的应用

作者: 来源: 发布时间:2018-11-06 11:14:21

    摘 要:雷达液位计是通过天线向被测介质物位发射微波,然后测出微波发射和反射回来的时间而得到容器内液位的一种仪表,雷达液位计是一种不接触测量介质的物位仪表,它可以用于测量高温、高压、易燃、易爆、易凝等介质的液位。

一、应用及特点
    雷达液位计又称微波液位计是通过天线向被测介质物位发射微波,然后测出微波发射和反射回来的时间而得到容器内液位的仪表,微波它是一种雷达波,它介于无线电波和光波之间。它遇到障碍物以后,既有吸收,又有发射、折射。在雷达、导航、通讯和电视等技术中,就是利用微波的反射特性来进行信息的传递、加工和变换的。在雷达液位计中,使用的微波波长约为5-10cm,可测量介质的不同。可以应用在很多的场合,例如液位测量、真空测量或者料位测量等。探头几乎不受温度、压力、气体等的影响(500℃时影响仅为0.018%,50bar 时为0.8%)。雷达液位计最大的特点是在恶劣条件下有显著功效,无论是有毒介质,还是腐蚀性介质,也无论是固体、液体还是粉尘性、浆状介质,它都可以进行测量。从测量槽罐体的形状来说,雷达液位计可以对卧罐、圆柱椎体罐、柱形罐、球罐、等的液位进行测量,从罐体功能来说,可以对储罐、缓冲罐、微波管、旁通管中的液位进行测量;从被测介质来说,可用于测量液体、颗粒、料浆等的距离、液位、容积和反射率。

二、工作原理
    雷达液位计发射—反射—接收的工作模式。雷达传感器的天线以波束的形式发射雷达波信号,发射波在被测物料表面产生反射,反射回来的回波信号仍由天线接收。发射及反射波束中的每一点都采用超声采样的方法进行采集。信号经智能处理器处理后得出介质与探头之间的距离,送终端显示器进行显示、报警、操作等。
    雷达液位计采用高频振荡器作为微波发生器,发生器产生的微波用波导管将它引到辐射天线,并向下射出。当微波遇到障碍物,例如液体液面时,部分被吸收,部分被反射回来。通过测量发射波与液位反射波之间某种参数关系来实现液位测量。
    目前有两大类雷达液位计,一类是发射频率固定不变,通过测量发射波与液位反射波的运行时间,并经过智能化信号处理器,测出被测液位的高度。这类雷达液位计的运行时间与液位距离的关系为t=2d/c,式中c___ 雷达波传播速度,c=300000km/s;d__ 被测接介质液位和探头之间的距离,t__ 探头从发射雷达波至接收到反射雷达波的时间;可见,探头到介质表面的距离d 与探头从发射雷达波至接收到反射雷达波的时间t 成正比。在发射的时间间隔里,天线系统作为接收装置使用。仪表分析、处理运行时间小于十亿分之一秒的回波信号,并在极短的一瞬间分析处理回波。雷达传感器利用特殊的时间间隔调整技术将每秒的回波信号进行放大、定位,然后进行分析处理。因此雷达传感器可以在0.1s 内精确细致地分析处理这些被放大的回波信号,无须花费很多时间来分析频率。
    另一类是测量发射波与反射波之间的频率差,并将这频率差转换为与被测液位成比例关系的电信号。这种液位计的发射频率不是一个固定频率,而是一等幅可调频率。

三、应用实例
    在本钢浦相冷轧薄板厂酸再生系统中采用了三畅仪表所生产的雷达液位计用于测量氨水罐、新酸罐、再生酸罐中介质的液位。
    雷达液位计的测量系统由信号转换器和法兰系统构成。法兰系统包括微波窗口和天线系统,微波窗口使产品与压力相分离。小型的信号转换器包括微波发生器和整个信号处理系统,包括规定的标准输出信号(4-20mA 或数字接口)。由于雷达液位计存在死区,所以雷达液位计的最大测量范围是空罐高度减去死区的距离。参考补偿距离和罐底补偿距离的值可以根据具体情况而进行设定,它们可以改变4mA 和20mA 的对应的液位值。

功能框图
功能框图

    雷达液位计既可用于测量液位也可用于测量容积,用于测量液位时,在功能显示参数里选择液位。液位可由公式得出:液位= 罐体高度- 距离。
    距离由测得距离d 减去补偿得到的数值,其大小为仪表响应下限到液面的距离。用罐高减去这个距离就得到了实际的液位。在雷达液位计里可将距离、液位或可转换的其他功能通过信号输出送到上位机,同时也可以就地显示。所有的信息均可以由数字通讯装置进行访问。此外,测量值能够通过参考补偿距离和罐底补偿距离的设定进行迁移。

四、雷达液位计的日常维护及故障处理
    本钢浦相冷轧薄板厂的酸再生系统中使用的雷达液位计为三畅仪表所生产的,在日常检查维护中主要检查以下一些项目:①定期检查仪表的电源电压和输出电流是否正常。②定期检查仪表的天线是否被脏物污染。③检查仪表与罐体连接的是否牢固。④检查各部件连接处的密封情况是否良好。⑤定期进行校验。另外,对于头一次使用的仪表,如果投运后仪表没有输出,则应检查电源是否真正接上,并检查保险丝。对于不超过2 个月的短期停运,仪表电源不必切断。故障举例:2007 年7 月酸再生操作反映氨水罐的液位从75% 突然下降到16,严重影响了酸再生脱硅系统的正常运行。到达现场后发现罐内实际液位并不低。于是先后检查了电源电压,天线的状态和安装情况均未发现问题。根据雷达的特性,罐内的蒸汽不可能对其测量产生影响,同时罐体内又没有障碍物,所以判断故障的原因在仪表本身。检查仪表的参数,发现仪表功能选项3.5.5(Mutiple refelection)为OFF 状态,将其改为ON 后故障消除。

五、结论
    实践证明雷达液位计具有良好的性能和优势,具有结构简单、耐腐蚀、安装方便、易于维护等优点,同时实现了信号标准化,并可通过数字通讯装置进行访问,易于实现计算机控制。可广泛应用于测量高温、高压、易燃、易爆、易凝等介质的液位。

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