雷达液位计的原理、安装及其构成的液位测量系统简介

现代化的工业生产复杂程度不断提高，对于传统的液位测量仪表来说，传统的液位测量装置由于其固有的缺点已不能适用现代工业生产的需求，许多情况下的测量效里大打折扣，甚至有的无法满足现场的测量要求。新的需求促求更新的仪表，雷达液位计就是其中具有代表性的产品，目前雷达液位计作为一种新型的液位测量装置受到普遍关注，市场需求非常旺盛，在许多大型的工业采购项目中成为重要的液位测量仪表品种。为了帮助朋友们了解这种性能卓越的仪表，小编撰此文详尽地介绍了雷达液位计的工作原理及特性，测量系统的组成，选型要求和安装要点等。
　　
　一、引　言
雷达液位计是一种利用微波而实现的液位测量仪，用于对储罐、缓冲罐、稳波管、旁通管中的液体、颗粒、浆料的物位进行非接触式测量，具有不受温度、压力、惰性气体和蒸汽的影响，也不受被测介质物理特性变化等影响等优点，近年来在电力、石化、冶金、化工等领域得到了**应用。其特点在于：应用微波实现非接触式测量，应用范围广，可用于液体、乳状体、熔融体等形态物体的液位测量；被测介质可以是易燃、易爆、腐蚀性强的高温、高压状态物质。采用数字与模拟两种输出方式，可以单台或多台按总线式配置，能方便地与上位监控计算机相连接。具有智能化数据处理能力，雷达液位计有一干扰回波抑制功能。该仪表辐射率低，仅为1LW，对周围环境及人员没有危害。具有保安防爆功能，可带到现场操作。通过对不同天线的匹配选择，从而具有抗腐蚀功能。性能可靠、价格合理。

　　二、工作原理及其特性
雷达液位计是按“俯视式”时间行程测量原理进行工作的，用于测量探头安装处到液位表面的间距。其结构非常简单，主要由仪表外壳、过程连接和短杆天线组成。天线起始处有一将脉冲延迟发射100mm或250mm的屏蔽管，以确保测量不受安装接管处冷凝或粘附的影响。其测试原理见图1。

微波脉冲从天线处向被测介质表面发射，发射波在液面处被反射，反射波被同一天线接收，发射技术交流技术TECHNOLOGY及反射波束中的每一点都采用超声采样方法来采集，发射及反射波束均被采样，经信号处理后得到过程连接处到被测介质表面的距离D，D正比于微波脉冲的时间行程T，即：D=C×T2(C是波束传播速度，为常数)。因过程连接处到测量液位零点的距离E已知由此可算出液位高度L=E－D。通过本机显示或外部系统接口可手工或半自动地输入表格进行线性化处理，以便测量球罐、柱形罐、卧罐和圆柱锥底罐等容器的物位。通常，雷达液位计采用工作频率为5.8GHz的微波脉冲信号，测量范围可达20m，并在20m范围内任意设定。其智能化程度较高，输出4～20mA标准模拟信号并叠加HART协议数字通信信号，对于电流输出型，测量液位下限E点和测量液位上限F点分别对应输出4mA和20mA。对于数字输出型，则分别对应物位的0%和****。通过现场操作显示器可把E、F等若干参数输入雷达液位计，并存储在内部EPROM中，雷达液位计在E与F设定值之间进行测量。其主要技术指标如表1所示：

 
　　三、测量系统
　　1.单点测量系统
单点测量系统如图2所示。雷达液位计采用两线制24VDC供电，可以通过现场操作显示器进行现场组态。或经过接口卡FXA191，将雷达液位计传送出的模拟信号转变为数字信号，传送至上位监控PC机上进行远程组态组态时将液位下限E及液位上限F等参数输入雷达液位计，利用现场操作显示器时以菜单形式显示，可显示复位、零点、满量程、容器映图、锁定、解锁等功能。通过PC机可以观察到测量曲线，看到有哪些干扰，干扰物在何位置及干扰幅度有多大，并可启动干扰自动抑制功能，使测量精度更加可靠。
 
　　2.多路测量系统
　　多路测量系统如图3所示。
多个雷达液位计的模拟输出信号通过FXN672接口模块和ZA转换器，进行数字转换及传送，然后连接到上位监控总线系统，总线可选用MODBUS、PROFIBUS、FIP、INTERBUS等总线。上位监控计算机通过总线按接口模块的不同地址位与各个雷达液位计进行组态与数据传输。
 
3.多路数字测量系统

 

（图4）以上介绍的雷达液位计为4～20mA信号输出，亦可选择有数字输出接口的雷达液位计，多路数字测量系统如图4所示。将雷达液位计输出连接至PROFIBUS-PA总线(至多32个变送器，在易爆危险场合为10个)，经段耦合器连至PROFIBUS-DP总线与PC接口。采用具有数字输出的雷达液位计在数据传输中能保证较高的测量精度，利用段耦合器将测量总线与输出总线进行电气上隔离，增加了系统的安全性与抗干扰性。
 
　　4.影响测量距离的主要因素
　　(1)液体介质特性对测量范围的影响
考虑到被测液体介质的物理特性对测量范围的影响较大：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。为保证较高的测量精度，可将液体分为A、B、C、D四类。A类：非导电液体，如丙烷等，介电常数小于1.4，对测量距离影响大，使测量范围小；
 
　　四、工作流程


系统工作流程如图6所示。*先对容器设备进行基本测量。输入容器高度E，满载高度F及应用参数A(A是用来将仪表调到满足测量要求的应用参数)。这些参数输入后，由智能显示仪表或计算机得到的操作矩阵将被锁定，以保证设置不受意外情况影响，再对采集到的数据线性化(线性化过程描述了测量电平与罐容量或产品重量间的关系)之后，测量值将在相应部分显示出来。 

　　五、安装方式
在安装时应注意：发射天线中心轴线与被测物料表面保持垂直，并与罐壁至少保证30cm的间距。避免安装在储罐中心位置，因为这样会使虚假回波增强。尽量避开下料区，搅拌器等干扰源；尽量避开震动，高压清洗及横向负载。雷达液位计可以采用螺纹或法兰直接安装在罐顶部，也可安装在导波管或旁通管顶部。与传统接触式液位计相比具有以下优点：安装简便，安装费用低。在炼油厂罐区测量应用时，可以不用清罐和倒罐，直接利用原有条件安装，节省时间和费用；维护费用低，几乎免维护，要求备品备件量少，节约资金。降低了仪表工的劳动强度，提高了生产效率；智能化，精度高，工作可靠，功能强大。有自检、干扰抑制、随时显示、检查输出电流值、人工模拟输出液位值和电流值等功能，并可将罐内液位转换成体积显示和输出。输出数字信号可以进行通信，保证将来系统升级。
 
　　六、结束语
　　雷达液位计在液位测量中完全能满足现场要求，是一种性价比很高的仪表，其工作性能稳定可靠，操作方便安全，保护等级较高，抗干扰能力强，推广应用前景广阔。

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