雷達液位計在臺山電廠的應用
發(fā)布時間：2022-12-18 22:31:24來源：hseauto.cn來源：..
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一、概述
液位是工業(yè)生產(chǎn)中的一個重要參數(shù)。
液位測量的方法很多，針對不同的工況和介質可以使用不同測量原理的液位計，雷達液位計運用先進的雷達測量技術，以其優(yōu)良的性能，尤其是在槽罐中有攪拌、溫度高、蒸汽大、介質腐蝕性強、易結疤等惡劣的測量條件下，顯示出其卓越的性能，在工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著越來越重要的作用。
臺山電廠每臺循環(huán)水泵配置了3臺金湖漢森爾的HSRD系列雷達液位計用于監(jiān)視循環(huán)水泵的工作液位，其中旋轉濾網(wǎng)前臺，旋轉濾網(wǎng)后兩臺。從基建調試到投產(chǎn)后這幾年發(fā)生了多次液位波動、液位計故障現(xiàn)象，下面我們從雷達液位計的測量原理及安裝注意事項等各方面闡述我廠是如何解決液位波動問題的。
二、原理及技術性能
雷達波是一種特殊形式的電磁波，雷達液位計利用了電磁波的特殊性能來進行液位檢測。電磁波的物理特性與可見光相似，傳播速度相當于光速。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，被測介質導電性越好或介電常數(shù)越大，回波信號的反射效果越好。雷達波的頻率越高，發(fā)射角越小，單位面積上能量（磁通量或場強）越大，波的衰減越小，雷達料位計的測量效果越好。
雷達液位計的基本原理
雷達液位計采用發(fā)射一反射一接收的工作模式。雷達液位計的天線發(fā)射出電磁波，這些波經(jīng)被測對象表面反射后，再被天線接收，電磁波從發(fā)射到接收的時間與到液面的距離成正比，關系式如下：
D-CT/2
式中D—一雷達液位計到液面的距離
C一一光速
T一一電磁波運行時間
雷達液位計記錄脈沖波經(jīng)歷的時間，而電磁波的傳輸速度為常數(shù)，則可算出液面到雷達天線的距離，從而知道液面的液位。
在實際運用中，雷達液位計有兩種方式即調頻連續(xù)波式和脈沖波式。采用調頻連續(xù)波技術的液位計，功耗大，須采用四線制，電子電路復雜。而采用雷達脈沖波技術的液位計，功耗低，可用二線制的24VDC供電，容易實現(xiàn)本質安全，精確度高，適用范圍更廣。
HSRD系列雷達液位計采用脈沖微波技術，其天線系統(tǒng)發(fā)射出頻率為6.3GHz、持續(xù)時間為1ns的脈沖波束，接著暫停277ns，在脈沖發(fā)射暫停期間，天線系統(tǒng)將作為接收器，接收反射波，同時進行回波圖像數(shù)據(jù)處理，給出指示和電信號。如圖1、2所示
雷達液位計測量液位的先進技術：
回波處理新技術的應用
從雷達液位計的測量原理可以知道，雷達液位計是通過處理雷達波從探頭發(fā)射到介質表面然后返回到探頭的時間來測量液位的，在反射信號中混合有許多干擾信號，所以，對真實回波的處理和對各種虛假回波的識別技術就成為雷達液位計能夠準確測量的關鍵因素。
測量數(shù)據(jù)處理：
由于液面波動和隨機噪聲等因素的影響，檢測信號中必然混有大量噪聲。為了提高檢測的準確度，必須對檢測信號進行處理，盡可能消除噪聲。
雷達液位計的特點
a）雷達液位計采用一體化設計，無可動部件，不存在機械磨損，使用壽命長。
b）雷達液位計測量時發(fā)出的電磁波能夠穿過真空，不需要傳輸媒介，具有不受大氣、蒸氣、槽內(nèi)揮發(fā)霧影響的特點，能用于揮發(fā)的介質如粗苯的液位測量。
c）雷達液位計幾乎能用干所有液體的液位測量。電磁波在液位表面反射時，信號會衰減，當信號衰減過小時，會導致雷達液位計無法測到足夠的電磁波信號。導電介質能很好地反射電磁波，對HSRD雷達液位計，甚至微導電的物質也能夠反射足夠的電磁波。介電常數(shù)大于1.5的非導電介質（空氣的介電常數(shù)為1.0）也能夠保證足夠的反射波，介電常數(shù)越大，反射信號越強。在實際應用中，幾乎所有的介質都能反射足夠的反射波。
d）采用非接觸式測量，不受液體的密度、濃度等物理特性的影響。
e）測量范圍大，最大的測量范圍可達0-35m，可用于高溫、高壓的液位測量。
f）天線等關鍵部件采用高質量的材料，抗腐蝕能力強，能適應腐蝕性很強的環(huán)境。
g）功能豐富，具有虛假波的學習功能。輸入液面的實際液位，軟件能自動地標識出液面到天線的虛假回波，排除這些波的千擾。
h）參數(shù)設定方便，可用液位計上的簡易操作鍵進行設定，也可用HART協(xié)議的手操器或裝有調試軟件的PC機在遠程或直接接在液位計的通信端進行設定，十分方便。
三、測量條件
雷達信號通過天線系統(tǒng)聚焦，雷達被束的發(fā)射就象手電筒的光束，呈錐形，而錐形發(fā)射角的大小取決于天線尺寸（我使用的是長度330mm的棒式天線）。
錐形發(fā)射角內(nèi)的任何物體都會反射雷達信號，特別是最近的幾米內(nèi)的管道、支架等裝置造成的虛假反射特別強。比如：距離發(fā)射天線6米處的虛假回波要比18米處的強9倍。對于遠處的虛假反射面，雷達信號的能量被分散到一個很大的面積上，這樣反射回來的虛假信號就很弱，不像近處的虛假回波對測量的影響那么大。而圓形虛假反射面可以將雷達信號散射到其他地方，所以虛假反射的能量密度小一些，其比平面虛假反射面對測量的影響小很多，如圖3、圖4所示：
四、液位計的安裝注意事項雷達液位計能否正確測量，依賴于反射波的信號。如果在所選擇安裝的位置，液面不能將電磁波反射回雷達天線或在信號波的范圍內(nèi)有干擾物反射干擾波給雷達液位計，雷達液位計都不能正確反映實際液位。因此，合理選擇安裝位置對雷達液位計十分重要，在安裝時應注意以下幾點：
測量液態(tài)介質時，傳感器的軸線和質表面保持垂直；當測量固態(tài)介質時，由于固體介質會有一個堆角，傳感器要傾斜一定的角度，盡量避免在發(fā)射角內(nèi)有造成虛假反射的裝置。特別要避免在距離天線最近的13錐形發(fā)射區(qū)內(nèi)有障礙裝置。若實在避免不了，建議用一個折射板將過強的虛假反射信號折射走。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濾出。
要避開進料口，以免產(chǎn)生虛假反射。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增強，也不能距離罐壁很近安裝，最佳安裝位置在容器半徑的1/2處。
要避免安裝在有很強渦流的地方。如：由于攪拌或很強的化學反應等，建議采用導波管或旁通管測量。
若傳感器安裝在接管上，天線必須從接管伸出來。喇叭口天線伸出接管至少10mm。棒式天線接管長度<50mm，如圖5、6所示：
關于導波管天線：導波管內(nèi)壁一定要光滑，下面開口的導波管必須達到需要的最低液位，這樣才能在管道中進行測量。傳感器的類型牌要對準導波管開孔的軸線。若被測介電常數(shù)小于4，需在導波管末端安裝反射板，或將導波管未端彎成一個彎度，將容器底的反射回波折射走。
五、液位波動分析
1，泡沫影響
根據(jù)液位計的測量原理得知，當介質表面存在大量厚而稠的泡沫時，會使雷達波無法穿透泡沫直接到達介質表面，雷達波可能在泡沫里面連續(xù)反射才能到達液面，或者根本無法到達液面，這樣使得雷達波的反饋時間不確定，從而造成液位顯示波動或停留在某一液位保持不動。
2.安裝位置不合適
通過對現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，旋轉濾網(wǎng)后液位計2安裝位置旁邊有一檢修爬梯，其會產(chǎn)生比較多的虛假回波，影響測量，并且當液位降至7300mm時，爬梯的固定水泥石墩就會露出來，由于該水泥石墩為一平面反射面，根據(jù)前面分析得知，這種反射面會產(chǎn)生很強的虛假反饋波，從而造成液位計無法正確判斷出真實波形，因此當液位每次降至該位置時都會產(chǎn)生波動現(xiàn)象。
3·安裝接管長度不符合要求根據(jù)現(xiàn)場實測，我廠旋轉濾網(wǎng)后液位計2的接管長度都大于50mm，這直接衰減了真實反饋波的能量，影響測量。
六、解決方法及結論
解決方法：定期清理泡沫，改善測量環(huán)境。縮短液位計的安裝接管長度，使其符合規(guī)范。將液位計移位，使其盡量遠離爬梯，減小爬梯對測量的影響。（如圖7所示）在水泥石墩表面安裝反射板，以折射虛假回撥。（如圖8所示）結論：
通過對我廠循環(huán)水旋轉濾網(wǎng)后液位計2的安裝位置、方式及測量環(huán)境的改造，觀察至今，效果良好。
雷達液位計是目前各類液位測量儀表中適用范圍最廣、測量最精確、維護最方便的液位測量儀表。隨著其價格的進一步降低，性價比的提高，應用將會越來越廣泛，在液位測量中發(fā)揮更重要的作用。
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