雷達(dá)液位計(jì)在臺(tái)山電廠(chǎng)的應(yīng)用
發(fā)布時(shí)間：2022-12-18 22:31:24來(lái)源：hseauto.cn來(lái)源：..
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一、概述
液位是工業(yè)生產(chǎn)中的一個(gè)重要參數(shù)。
液位測(cè)量的方法很多，針對(duì)不同的工況和介質(zhì)可以使用不同測(cè)量原理的液位計(jì)，雷達(dá)液位計(jì)運(yùn)用先進(jìn)的雷達(dá)測(cè)量技術(shù)，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(zhì)腐蝕性強(qiáng)、易結(jié)疤等惡劣的測(cè)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(lái)越重要的作用。
臺(tái)山電廠(chǎng)每臺(tái)循環(huán)水泵配置了3臺(tái)金湖漢森爾的HSRD系列雷達(dá)液位計(jì)用于監(jiān)視循環(huán)水泵的工作液位，其中旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)前臺(tái)，旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)后兩臺(tái)。從基建調(diào)試到投產(chǎn)后這幾年發(fā)生了多次液位波動(dòng)、液位計(jì)故障現(xiàn)象，下面我們從雷達(dá)液位計(jì)的測(cè)量原理及安裝注意事項(xiàng)等各方面闡述我廠(chǎng)是如何解決液位波動(dòng)問(wèn)題的。
二、原理及技術(shù)性能
雷達(dá)波是一種特殊形式的電磁波，雷達(dá)液位計(jì)利用了電磁波的特殊性能來(lái)進(jìn)行液位檢測(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。雷達(dá)波的頻率越高，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。
雷達(dá)液位計(jì)的基本原理
雷達(dá)液位計(jì)采用發(fā)射一反射一接收的工作模式。雷達(dá)液位計(jì)的天線(xiàn)發(fā)射出電磁波，這些波經(jīng)被測(cè)對(duì)象表面反射后，再被天線(xiàn)接收，電磁波從發(fā)射到接收的時(shí)間與到液面的距離成正比，關(guān)系式如下：
D-CT/2
式中D—一雷達(dá)液位計(jì)到液面的距離
C一一光速
T一一電磁波運(yùn)行時(shí)間
雷達(dá)液位計(jì)記錄脈沖波經(jīng)歷的時(shí)間，而電磁波的傳輸速度為常數(shù)，則可算出液面到雷達(dá)天線(xiàn)的距離，從而知道液面的液位。
在實(shí)際運(yùn)用中，雷達(dá)液位計(jì)有兩種方式即調(diào)頻連續(xù)波式和脈沖波式。采用調(diào)頻連續(xù)波技術(shù)的液位計(jì)，功耗大，須采用四線(xiàn)制，電子電路復(fù)雜。而采用雷達(dá)脈沖波技術(shù)的液位計(jì)，功耗低，可用二線(xiàn)制的24VDC供電，容易實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全，精確度高，適用范圍更廣。
HSRD系列雷達(dá)液位計(jì)采用脈沖微波技術(shù)，其天線(xiàn)系統(tǒng)發(fā)射出頻率為6.3GHz、持續(xù)時(shí)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(xiàn)系統(tǒng)將作為接收器，接收反射波，同時(shí)進(jìn)行回波圖像數(shù)據(jù)處理，給出指示和電信號(hào)。如圖1、2所示
雷達(dá)液位計(jì)測(cè)量液位的先進(jìn)技術(shù)：
回波處理新技術(shù)的應(yīng)用
從雷達(dá)液位計(jì)的測(cè)量原理可以知道，雷達(dá)液位計(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)量液位的，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)就成為雷達(dá)液位計(jì)能夠準(zhǔn)確測(cè)量的關(guān)鍵因素。
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，必須對(duì)檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行處理，盡可能消除噪聲。
雷達(dá)液位計(jì)的特點(diǎn)
a）雷達(dá)液位計(jì)采用一體化設(shè)計(jì)，無(wú)可動(dòng)部件，不存在機(jī)械磨損，使用壽命長(zhǎng)。
b）雷達(dá)液位計(jì)測(cè)量時(shí)發(fā)出的電磁波能夠穿過(guò)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(diǎn)，能用于揮發(fā)的介質(zhì)如粗苯的液位測(cè)量。
c）雷達(dá)液位計(jì)幾乎能用干所有液體的液位測(cè)量。電磁波在液位表面反射時(shí)，信號(hào)會(huì)衰減，當(dāng)信號(hào)衰減過(guò)小時(shí)，會(huì)導(dǎo)致雷達(dá)液位計(jì)無(wú)法測(cè)到足夠的電磁波信號(hào)。導(dǎo)電介質(zhì)能很好地反射電磁波，對(duì)HSRD雷達(dá)液位計(jì)，甚至微導(dǎo)電的物質(zhì)也能夠反射足夠的電磁波。介電常數(shù)大于1.5的非導(dǎo)電介質(zhì)（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(hào)越強(qiáng)。在實(shí)際應(yīng)用中，幾乎所有的介質(zhì)都能反射足夠的反射波。
d）采用非接觸式測(cè)量，不受液體的密度、濃度等物理特性的影響。
e）測(cè)量范圍大，最大的測(cè)量范圍可達(dá)0-35m，可用于高溫、高壓的液位測(cè)量。
f）天線(xiàn)等關(guān)鍵部件采用高質(zhì)量的材料，抗腐蝕能力強(qiáng)，能適應(yīng)腐蝕性很強(qiáng)的環(huán)境。
g）功能豐富，具有虛假波的學(xué)習(xí)功能。輸入液面的實(shí)際液位，軟件能自動(dòng)地標(biāo)識(shí)出液面到天線(xiàn)的虛假回波，排除這些波的千擾。
h）參數(shù)設(shè)定方便，可用液位計(jì)上的簡(jiǎn)易操作鍵進(jìn)行設(shè)定，也可用HART協(xié)議的手操器或裝有調(diào)試軟件的PC機(jī)在遠(yuǎn)程或直接接在液位計(jì)的通信端進(jìn)行設(shè)定，十分方便。
三、測(cè)量條件
雷達(dá)信號(hào)通過(guò)天線(xiàn)系統(tǒng)聚焦，雷達(dá)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(xiàn)尺寸（我使用的是長(zhǎng)度330mm的棒式天線(xiàn)）。
錐形發(fā)射角內(nèi)的任何物體都會(huì)反射雷達(dá)信號(hào)，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(qiáng)。比如：距離發(fā)射天線(xiàn)6米處的虛假回波要比18米處的強(qiáng)9倍。對(duì)于遠(yuǎn)處的虛假反射面，雷達(dá)信號(hào)的能量被分散到一個(gè)很大的面積上，這樣反射回來(lái)的虛假信號(hào)就很弱，不像近處的虛假回波對(duì)測(cè)量的影響那么大。而圓形虛假反射面可以將雷達(dá)信號(hào)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(duì)測(cè)量的影響小很多，如圖3、圖4所示：
四、液位計(jì)的安裝注意事項(xiàng)雷達(dá)液位計(jì)能否正確測(cè)量，依賴(lài)于反射波的信號(hào)。如果在所選擇安裝的位置，液面不能將電磁波反射回雷達(dá)天線(xiàn)或在信號(hào)波的范圍內(nèi)有干擾物反射干擾波給雷達(dá)液位計(jì)，雷達(dá)液位計(jì)都不能正確反映實(shí)際液位。因此，合理選擇安裝位置對(duì)雷達(dá)液位計(jì)十分重要，在安裝時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
測(cè)量液態(tài)介質(zhì)時(shí)，傳感器的軸線(xiàn)和質(zhì)表面保持垂直；當(dāng)測(cè)量固態(tài)介質(zhì)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，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(xiàn)最近的13錐形發(fā)射區(qū)內(nèi)有障礙裝置。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。
要避開(kāi)進(jìn)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(huì)增強(qiáng)，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(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。
若傳感器安裝在接管上，天線(xiàn)必須從接管伸出來(lái)。喇叭口天線(xiàn)伸出接管至少10mm。棒式天線(xiàn)接管長(zhǎng)度<50mm，如圖5、6所示：
關(guān)于導(dǎo)波管天線(xiàn)：導(dǎo)波管內(nèi)壁一定要光滑，下面開(kāi)口的導(dǎo)波管必須達(dá)到需要的最低液位，這樣才能在管道中進(jìn)行測(cè)量。傳感器的類(lèi)型牌要對(duì)準(zhǔn)導(dǎo)波管開(kāi)孔的軸線(xiàn)。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)波管未端彎成一個(gè)彎度，將容器底的反射回波折射走。
五、液位波動(dòng)分析
1，泡沫影響
根據(jù)液位計(jì)的測(cè)量原理得知，當(dāng)介質(zhì)表面存在大量厚而稠的泡沫時(shí)，會(huì)使雷達(dá)波無(wú)法穿透泡沫直接到達(dá)介質(zhì)表面，雷達(dá)波可能在泡沫里面連續(xù)反射才能到達(dá)液面，或者根本無(wú)法到達(dá)液面，這樣使得雷達(dá)波的反饋時(shí)間不確定，從而造成液位顯示波動(dòng)或停留在某一液位保持不動(dòng)。
2.安裝位置不合適
通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)，旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)后液位計(jì)2安裝位置旁邊有一檢修爬梯，其會(huì)產(chǎn)生比較多的虛假回波，影響測(cè)量，并且當(dāng)液位降至7300mm時(shí)，爬梯的固定水泥石墩就會(huì)露出來(lái)，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(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的虛假反饋波，從而造成液位計(jì)無(wú)法正確判斷出真實(shí)波形，因此當(dāng)液位每次降至該位置時(shí)都會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)現(xiàn)象。
3·安裝接管長(zhǎng)度不符合要求根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，我廠(chǎng)旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)后液位計(jì)2的接管長(zhǎng)度都大于50mm，這直接衰減了真實(shí)反饋波的能量，影響測(cè)量。
六、解決方法及結(jié)論
解決方法：定期清理泡沫，改善測(cè)量環(huán)境?？s短液位計(jì)的安裝接管長(zhǎng)度，使其符合規(guī)范。將液位計(jì)移位，使其盡量遠(yuǎn)離爬梯，減小爬梯對(duì)測(cè)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?fù)?。（如圖8所示）結(jié)論：
通過(guò)對(duì)我廠(chǎng)循環(huán)水旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)后液位計(jì)2的安裝位置、方式及測(cè)量環(huán)境的改造，觀(guān)察至今，效果良好。
雷達(dá)液位計(jì)是目前各類(lèi)液位測(cè)量?jī)x表中適用范圍最廣、測(cè)量最精確、維護(hù)最方便的液位測(cè)量?jī)x表。隨著其價(jià)格的進(jìn)一步降低，性?xún)r(jià)比的提高，應(yīng)用將會(huì)越來(lái)越廣泛，在液位測(cè)量中發(fā)揮更重要的作用。
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