雷達液位計的精度高,工作溫度範圍寬,大工作(zuò)壓力可達4MPa,測量範圍為0-40m。通過采(cǎi)用不同的天線形(xíng)式(shì)及導波管的應用能夠滿足測量大部分儲罐液位的要求。
1.工作原理及分類
滿足貿易交(jiāo)接計量(liàng)精度(±1mm)的雷達都是非接觸式雷達液位計。從測(cè)量原理上基本分為2大類:
(1)基於時間差法(time of flight):天線發射以光速(sù)傳播的電磁波,當滯(zhì)後一段時(shí)間電磁波碰到(dào)液麵後,會(huì)反射回來。距(jù)離與滯後時間成正比,儀表通過測出(chū)從發射到接受之間的滯後時間,來確定設(shè)定麵與反射麵之間的距離(空(kōng)高)。
(2)複合調頻式(shì)原理(FMCW)。線性調頻的等幅微波信號通過天線發射出去,遇到障礙物時被反射回來,延遲一(yī)段時間後,儀表接受被反射回(huí)來的微(wēi)波(bō)信號(hào),並與(yǔ)部(bù)分發射波混頻。混(hún)頻輸(shū)出信號的頻率與被測距離成正比。當固態源的(de)調製頻率和頻偏一定時(shí),隻要測出差頻頻率,通過信號處理技術就可以計算得到距離(空高(gāo))。
2.液位測(cè)量影響因素(sù)
2.1罐(guàn)內溫度對儀表測(cè)量精度的影響
雷(léi)達天線(xiàn)發射(shè)的電磁波在真空中也(yě)可以傳播。在(zài)空(kōng)氣中傳播時,溫度變化基本不影響其傳播速率。當被測介質溫度發生變化時(shí),其(qí)帶(dài)來的反射時間變化很小(xiǎo)。
2.2罐內壓力對儀表測量精度的影響
微波傳播(bō)幾乎不受(shòu)空氣密度變化的影響,因此雷達液位計(jì)能在真空(kōng)或受壓狀態下正常工作,真空狀態下微波傳播速率相對空(kōng)氣狀態下僅變化0.029%;但當操作壓力高到某一範圍時,壓力對測量帶來的(de)誤差(chà)就不容忽視(shì)。
2.3介質特性對(duì)測量的影(yǐng)響
液體介質的相(xiàng)對介電常數、液體表麵的穩定程度和氣泡等(děng)因素(sù)都會影響(xiǎng)雷達波信號的反射,可能導致液位計無法正常工作。
雷達液位計測量罐內液麵時,好是(shì)穩定的,規則的液麵。但是當液體有流進流出時,會有(yǒu)波浪使液麵波動,在生產過程中還可能出現(xiàn)沸騰(téng)或起泡沫的現象,使液麵(miàn)變得模糊。
電磁波在介質中傳播時,介質的介電常數越(yuè)小,衰減率越大(dà),衰減率大了反射率就小。所以介電常數小,反射率弱,信號強度低。當(dāng)被測(cè)介質的相對介電常數小到(dào)一定值時,雷達(dá)波的(de)有效反射信號衰減過(guò)大,儀表接受到的反射波能量過小,再加上幹擾波會導(dǎo)致液位(wèi)計無(wú)法正(zhèng)常工作。不同公司的雷達液位計對小相對介電常數的要求是不同的,這是因為介電常數的大(dà)小與溫度和電(diàn)磁(cí)場有(yǒu)關。但是(shì)通(tōng)過(guò)其他措施減(jiǎn)少電磁波反射能量損失或提高儀表內部的信號處理技術,儀表對相對介電常(cháng)數低值的硬性要求也越來越(yuè)小。目前主要廠商(如:Honeywell,Saab)的產品(pǐn)可以測量相對(duì)介電常數隻有1.2的介質。
對於沸(fèi)騰或擾動大的液麵或被測介質介電常數小,或(huò)為消除儲罐、容器結構形狀可能導致的幹擾影響,應采(cǎi)用導波管及其它措施,增強(qiáng)回波(bō)信號(hào),以確(què)保測量精度(dù)。
3.天線形式及設計選型
天線的結構形式及材質,應根據被測介質的特性,儲罐類型、開口、罐內溫(wēn)度、壓力等因素確定。常見(jiàn)的形式(shì)有喇叭(bā)形(錐形)天線,拋(pāo)物麵天線,導波管陣(zhèn)列(平麵)天線和棒狀天線等。
對於常規的拱頂罐,雷達(dá)液位計應(yīng)是喇叭形(錐形)天線設計,可無需使用導向(xiàng)管,且可以(yǐ)靠近罐壁安裝,並保證測量的準確度。
對於比較粘稠和需要伴熱的拱頂罐,具有抗粘連能力的拋物麵天線雷達非常適合,通常(cháng)不用設導波管。
對於浮頂罐,雷達液(yè)位(wèi)計應采用平麵天線設(shè)計,以(yǐ)便於安裝在油罐的導波管上。
對於高壓球罐,天線形式為加長喇(lǎ)叭口天線配導波管(guǎn),還要(yào)配套(tào)提供一體化球閥,便於雷達液位計在帶壓狀態下的維護。為了在儲罐帶壓運行條件下進(jìn)行測量校驗,需要安裝參***:在導波管孔內的參考針以及位(wèi)於下方管(guǎn)道末端的帶參(cān)考環的反射(shè)板可在固定距離和己(jǐ)知的(de)距(jù)離提供參考回波。
4.安裝注意事項
雷達液位要杜絕安裝儲(chǔ)罐頂(dǐng)部的中心處,這是因為天線發射的電磁波是在罐內整(zhěng)個空間傳播(bō)的,罐壁和罐底反射回來的電磁波會(huì)集中在中心(xīn)處,形成很大的幹(gàn)擾,會淹沒正常的(de)從介質表麵反射回來的(de)電磁波。
采用喇叭天線雷達液(yè)位計,天(tiān)線(xiàn)伸出接管至少10mm,如果在(zài)容(róng)器上的接管(guǎn)長度無(wú)法滿(mǎn)足上述要求,可以使用天(tiān)線延伸管或(huò)谘(zī)詢製造(zào)廠設計合(hé)適的(de)接管長度。
沒有配置導波管的雷達液位計(jì)根據天線形式的不同,所要求的儀表安裝連接短管距罐內壁的距離也不同(tóng)。通常,液位計連接(jiē)短管中心距管內壁(bì)的距離不宜小於波束寬的1/2。波束寬=2X測量距離(lí)Xtan(波束角/2),波束角為(wéi)雷達波能力密度達到大(dà)值的一半時的角度。當天(tiān)線發射的微波頻率固(gù)定時,尺寸越大,波束角越小。拋(pāo)物麵天線相比於喇叭形天線,波束寬要小的多。
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