雷达液位计的发展历程与选型原则

雷达液位计是一种采用微波测距、非接触式的液位仪表。早期主要用于海船油槽液位测量。克服了使 用机械式接触型液位仪表的诸多缺点,比如:清洗的困难、维修的不便等。随后,雷达液位计被用于在岸上储罐液位的测量以及炼油装置中液位的测量。随着石油化工行业的不断发 展,雷达液位计的应用范围日益广泛,特别是其较高的精度满足了物料计量要求。

雷达液位计的发展历程与选型原则

雷达液位计有两种工作模式,分别对应两种测量原理。

1.脉冲微波方式(PTOF) 这种方式是一种“俯视式”时间行程测量系统,测量系统经过天线以固定的带宽周期地 发射某一固定频率的微波脉冲, 在被测物料表而产生反射后由雷达系统所接收。 天线接收反 射的微波脉冲并将其传给电子线路, 微处理器对此信号进行处理, 识别出微波脉冲在物料表 而所产生的回波,并据此计算液位,将被测液位距离再转换为电信号。

2.调频连续波方式(FMCW) 这种方式的雷达液位计的微波源是 x 波段的旅控振荡器, 天线发射的微波是频率被线形 调制的连续波,当回波被天线接收到时,微波发射频率已经改变。发射波与回波的频率差正 比于天线到液面的距离,以此计算出液位高度。

PTOF 与 FMCW 的比较

(1)工作方式:对于 PTOF 方法,脉冲的时间行程可以直接返回到不受温度影响的石 英振荡器。对于 FMCW 方法,必须采用昂贵的振荡器温度稳定装置,或安装内部的参考源, 通常需要不断地进行校准。

(2)供电要求:采用 PTOF 方法测量的雷达仅在很少的工作时间内向振荡系统供电, 采用 FMCW 方法的雷达液位计在整个工作过程期间,约有一半的时间需向振荡系统供电。

(3)成本方面:PTOF 法的雷达液位计制造成本相对较低,FMCW 法的雷达液位计制 造成本相对较高。 关于用哪种方法可以得到更高精度是一直存在的争论。 事实上, 目前根据两种测量原理 制造的雷达液位计均可在相当宽的温度范围内保证达到 1 mm 甚至更高的精度。 各雷达液位 计制造商在产品类型方面均可提供工业控制级雷达和贸易计量级雷达。

 雷达液位计的选型

雷达液位计的种类繁多,选型时一首先要考虑被测介质的温度、压力、密度、粘度及腐 蚀性等特性对其使用性能的影响。 因此, 在选型时一要针对介质在特定工况下的特性来选取 适宜的天线和表头。对于体积较小、形状复杂的罐体或需测量多种液体分界面的应用场合, 推荐采用导波雷达液位计; 对测量环境较复杂的罐体, 如介质易挥发、 腐蚀及高压和高温等, 推荐使用非接触天线雷达液位计, 由于液位计与介质不接触, 就能避免由于介质的物理和化 学性质影响其计量精度或对液位计本身的损伤。 依据介质测量的目的选择不同测量精度的雷达液位计。 如果仅用于内部成本核算, 精度 要求不需要太高;如果用于贸易交接,就必须选择高精度的雷达液位计。为节约投资,在计 量精度满足需求的前提下可选用性价比高的产品。 由于雷达液位计的精度、 日常维护和使用 寿命直接影响企业的生产效率和经济效益, 所以过硬的质量和满意的售后服务对用户来说至 关重要。

选型原则主要从以下几方面考虑,具体遵循相应的仪表选型规范:

(1)仪表性能; (2)介质特性; (3)安装条件; (4)环境条件; (5)经济因素。

雷达液位计由电子控制单元和天线组成, 雷达液位计的精度在实际应用中与理论环境下 略有差异。 主要原因是罐体及其内部的障碍物对微波的干扰决定了所能得到的精度。主要因素有:

(1)仪表内部及天线连接处的阻抗跃变;

(2)罐内的障碍物的干扰反射;

(3)由罐壁、罐顶、及罐底引起的多次反射;

(4)液位表面的波纹造成的反射干扰。 此外,液位介质特性对测量范围有一定影响,介电常数较小的液体,对雷达液位计的测 量距离影响大,使测量范围缩小;介电常数较大的液体,对雷达液位计的测量距离影响小, 使测量范围增大。 以上是对雷达液位计选型的一些简单介绍,如有疑问欢迎来电咨询。

液位计的安装需要注意问题 按照石油化工仪表安装设计规范,对于雷达 液(料)位计的安装要求如下:

(1)测量液位的场合,宜垂直向下检测安装;

(2)测量料位的场合,微波的波束宜指向料仓底部的出料口;

(3)微波的波束中心距容器壁的距离应大于由束射角、测量范围计算出来的最低液(料) 位处的波束半径; (4)微波的波束途径应避开容器进料流束的喷射范围;

(5)微波的波束途径应避开搅拌器及其它障碍物。 微波液(料)位计的安装,还应符合制造厂的要求。 此外,浮顶式罐体和具有观测管的球型罐体,通常使用导波管,主要是为了消除有可能 因容器形状而学致多重回波产生的干扰影响, 或是在测量相对介电常数较小的介质时用来提 高反射回波能量。安装时应使液位计位于导波管中心,导波管的焊缝应处理成光滑无毛刺, 并且清除铁锈或杂质,以确保测量精度。

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