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雷達(dá)液位計(jì)工作原理特性及影響測(cè)量距離的主要因素分析
發(fā)布時(shí)間：2019-05-23 12:54:58??點(diǎn)擊次數(shù)：3092次
現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)復(fù)雜程度不斷提高，對(duì)于傳統(tǒng)的液位測(cè)量?jī)x表來說，傳統(tǒng)的液位測(cè)量裝置由于其固有的缺點(diǎn)已不能適用現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的需求，許多情況下的測(cè)量效里大打折扣，甚至有的無法滿足現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)量要求。新的需求促求更新的儀表，雷達(dá)液位計(jì)就是其中具有代表性的產(chǎn)品，目前雷達(dá)液位計(jì)作為一種新型的液位測(cè)量裝置受到普遍關(guān)注，市場(chǎng)需求非常旺盛，在許多大型的工業(yè)采購(gòu)項(xiàng)目中成為重要的液位測(cè)量?jī)x表品種。為了幫助朋友們了解這種性能卓越的儀表，小編撰此文詳盡地介紹了雷達(dá)液位計(jì)的工作原理及特性，測(cè)量系統(tǒng)的組成，選型要求和安裝要點(diǎn)等。
一、引 言
雷達(dá)液位計(jì)是一種利用微波而實(shí)現(xiàn)的液位測(cè)量?jī)x，用于對(duì)儲(chǔ)罐、緩沖罐、穩(wěn)波管、旁通管中的液體、顆粒、漿料的物位進(jìn)行非接觸式測(cè)量，具有不受溫度、壓力、惰性氣體和蒸汽的影響，也不受被測(cè)介質(zhì)物理特性變化等影響等優(yōu)點(diǎn)，近年來在電力、石化、冶金、化工等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。其特點(diǎn)在于：應(yīng)用微波實(shí)現(xiàn)非接觸式測(cè)量，應(yīng)用范圍廣，可用于液體、乳狀體、熔融體等形態(tài)物體的液位測(cè)量；被測(cè)介質(zhì)可以是易燃、易爆、腐蝕性強(qiáng)的高溫、高壓狀態(tài)物質(zhì)。采用數(shù)字與模擬兩種輸出方式，可以單臺(tái)或多臺(tái)按總線式配置，能方便地與上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)相連接。具有智能化數(shù)據(jù)處理能力，雷達(dá)液位計(jì)有一干擾回波抑制功能。該儀表輻射率低，僅為1LW，對(duì)周圍環(huán)境及人員沒有危害。具有保安防爆功能，可帶到現(xiàn)場(chǎng)操作。通過對(duì)不同天線的匹配選擇，從而具有抗腐蝕功能。性能可靠、價(jià)格合理。
二、工作原理及其特性
雷達(dá)液位計(jì)是按“俯視式”時(shí)間行程測(cè)量原理進(jìn)行工作的，用于測(cè)量探頭安裝處到液位表面的間距。其結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，主要由儀表外殼、過程連接和短桿天線組成。天線起始處有一將脈沖延遲發(fā)射100mm或250mm的屏蔽管，以確保測(cè)量不受安裝接管處冷凝或粘附的影響。其測(cè)試原理見圖1。
微波脈沖從天線處向被測(cè)介質(zhì)表面發(fā)射，發(fā)射波在液面處被反射，反射波被同一天線接收，發(fā)射技術(shù)交流技術(shù)TECH**LOGY及反射波束中的每一點(diǎn)都采用超聲采樣方法來采集，發(fā)射及反射波束均被采樣，經(jīng)信號(hào)處理后得到過程連接處到被測(cè)介質(zhì)表面的距離D，D正比于微波脈沖的時(shí)間行程T，即：D=C×T2(C是波束傳播速度，為常數(shù))。因過程連接處到測(cè)量液位零點(diǎn)的距離E已知由此可算出液位高度L=E－D。通過本機(jī)顯示或外部系統(tǒng)接口可手工或半自動(dòng)地輸入表格進(jìn)行線性化處理，以便測(cè)量球罐、柱形罐、臥罐和圓柱錐底罐等容器的物位。通常，雷達(dá)液位計(jì)采用工作頻率為5.8GHz的微波脈沖信號(hào)，測(cè)量范圍可達(dá)20m，并在20m范圍內(nèi)任意設(shè)定。其智能化程度較高，輸出4～20mA標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)并疊加HART協(xié)議數(shù)字通信信號(hào)，對(duì)于電流輸出型，測(cè)量液位下限E點(diǎn)和測(cè)量液位上限F點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)輸出4mA和20mA。對(duì)于數(shù)字輸出型，則分別對(duì)應(yīng)物位的0%和100%。通過現(xiàn)場(chǎng)操作顯示器可把E、F等若干參數(shù)輸入雷達(dá)液位計(jì)，并存儲(chǔ)在內(nèi)部EPROM中，雷達(dá)液位計(jì)在E與F設(shè)定值之間進(jìn)行測(cè)量。其主要技術(shù)指標(biāo)如表1所示：
三、測(cè)量系統(tǒng)
1.單點(diǎn)測(cè)量系統(tǒng)
單點(diǎn)測(cè)量系統(tǒng)如圖2所示。雷達(dá)液位計(jì)采用兩線制24VDC供電，可以通過現(xiàn)場(chǎng)操作顯示器進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)組態(tài)?；蚪?jīng)過接口卡FXA191，將雷達(dá)液位計(jì)傳送出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，傳送至上位監(jiān)控PC機(jī)上進(jìn)行遠(yuǎn)程組態(tài)組態(tài)時(shí)將液位下限E及液位上限F等參數(shù)輸入雷達(dá)液位計(jì)，利用現(xiàn)場(chǎng)操作顯示器時(shí)以菜單形式顯示，可顯示復(fù)位、零點(diǎn)、滿量程、容器映圖、鎖定、解鎖等功能。通過PC機(jī)可以觀察到測(cè)量曲線，看到有哪些干擾，干擾物在何位置及干擾幅度有多大，并可啟動(dòng)干擾自動(dòng)抑制功能，使測(cè)量精度更加可靠。
2.多路測(cè)量系統(tǒng)
多路測(cè)量系統(tǒng)如圖3所示。
多個(gè)雷達(dá)液位計(jì)的模擬輸出信號(hào)通過FXN672接口模塊和ZA轉(zhuǎn)換器，進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換及傳送，然后連接到上位監(jiān)控總線系統(tǒng)，總線可選用MODBUS、PROFIBUS、FIP、INTERBUS等總線。上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)通過總線按接口模塊的不同地址位與各個(gè)雷達(dá)液位計(jì)進(jìn)行組態(tài)與數(shù)據(jù)傳輸。
3.多路數(shù)字測(cè)量系統(tǒng)
（圖4）以上介紹的雷達(dá)液位計(jì)為4～20mA信號(hào)輸出，亦可選擇有數(shù)字輸出接口的雷達(dá)液位計(jì)，多路數(shù)字測(cè)量系統(tǒng)如圖4所示。將雷達(dá)液位計(jì)輸出連接至PROFIBUS-PA總線(至多32個(gè)變送器，在易爆危險(xiǎn)場(chǎng)合為10個(gè))，經(jīng)段耦合器連至PROFIBUS-DP總線與PC接口。采用具有數(shù)字輸出的雷達(dá)液位計(jì)在數(shù)據(jù)傳輸中能保證較高的測(cè)量精度，利用段耦合器將測(cè)量總線與輸出總線進(jìn)行電氣上隔離，增加了系統(tǒng)的安全性與抗干擾性。
4.影響測(cè)量距離的主要因素
(1)液體介質(zhì)特性對(duì)測(cè)量范圍的影響
考慮到被測(cè)液體介質(zhì)的物理特性對(duì)測(cè)量范圍的影響較大：介電常數(shù)較小的液體，對(duì)雷達(dá)液位計(jì)的測(cè)量距離影響大，使測(cè)量范圍縮小；介電常數(shù)較大的液體，對(duì)雷達(dá)液位計(jì)的測(cè)量距離影響小，使測(cè)量范圍增大。為保證較高的測(cè)量精度，可將液體分為A、B、C、D四類。A類：非導(dǎo)電液體，如丙烷等，介電常數(shù)小于1.4，對(duì)測(cè)量距離影響大，使測(cè)量范圍?。?/div>
四、工作流程
系統(tǒng)工作流程如圖6所示。*先對(duì)容器設(shè)備進(jìn)行基本測(cè)量。輸入容器高度E，滿載高度F及應(yīng)用參數(shù)A(A是用來將儀表調(diào)到滿足測(cè)量要求的應(yīng)用參數(shù))。這些參數(shù)輸入后，由智能顯示儀表或計(jì)算機(jī)得到的操作矩陣將被鎖定，以保證設(shè)置不受意外情況影響，再對(duì)采集到的數(shù)據(jù)線性化(線性化過程描述了測(cè)量電平與罐容量或產(chǎn)品重量間的關(guān)系)之后，測(cè)量值將在相應(yīng)部分顯示出來。
五、安裝方式
在安裝時(shí)應(yīng)注意：發(fā)射天線中心軸線與被測(cè)物料表面保持垂直，并與罐壁至少保證30cm的間距。避免安裝在儲(chǔ)罐中心位置，因?yàn)檫@樣會(huì)使虛假回波增強(qiáng)。盡量避開下料區(qū)，攪拌器等干擾源；盡量避開震動(dòng)，高壓清洗及橫向負(fù)載。雷達(dá)液位計(jì)可以采用螺紋或法蘭直接安裝在罐頂部，也可安裝在導(dǎo)波管或旁通管頂部。與傳統(tǒng)接觸式液位計(jì)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：安裝簡(jiǎn)便，安裝費(fèi)用低。在煉油廠罐區(qū)測(cè)量應(yīng)用時(shí)，可以不用清罐和倒罐，直接利用原有條件安裝，節(jié)省時(shí)間和費(fèi)用；維護(hù)費(fèi)用低，幾乎免維護(hù)，要求備品備件量少，節(jié)約資金。降低了儀表工的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率；智能化，精度高，工作可靠，功能強(qiáng)大。有自檢、干擾抑制、**顯示、檢查輸出電流值、人工模擬輸出液位值和電流值等功能，并可將罐內(nèi)液位轉(zhuǎn)換成體積顯示和輸出。輸出數(shù)字信號(hào)可以進(jìn)行通信，保證將來系統(tǒng)升級(jí)。
六、結(jié)束語(yǔ)
雷達(dá)液位計(jì)在液位測(cè)量中完全能滿足現(xiàn)場(chǎng)要求，是一種性價(jià)比很高的儀表，其工作性能穩(wěn)定可靠，操作方便安全，保護(hù)等級(jí)較高，抗干擾能力強(qiáng)，推廣應(yīng)用前景廣闊。
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