雷达液位计在台山电厂的应用
发布时间：2022-12-18 22:31:24来源：hseauto.cn来源：..
字体: 大 中 小
一、概述
液位是工业生产中的一个重要参数。
液位测量的方法很多，针对不同的工况和介质可以使用不同测量原理的液位计，雷达液位计运用先进的雷达测量技术，以其优良的性能，尤其是在槽罐中有搅拌、温度高、蒸汽大、介质腐蚀性强、易结疤等恶劣的测量条件下，显示出其卓越的性能，在工业生产中发挥着越来越重要的作用。
台山电厂每台循环水泵配置了3台金湖汉森尔的HSRD系列雷达液位计用于监视循环水泵的工作液位，其中旋转滤网前台，旋转滤网后两台。从基建调试到投产后这几年发生了多次液位波动、液位计故障现象，下面我们从雷达液位计的测量原理及安装注意事项等各方面阐述我厂是如何解决液位波动问题的。
二、原理及技术性能
雷达波是一种特殊形式的电磁波，雷达液位计利用了电磁波的特殊性能来进行液位检测。电磁波的物理特性与可见光相似，传播速度相当于光速。其频率为300MHz-3000GHz。电磁波可以穿透空间蒸汽、粉尘等干扰源，遇到障碍物易于被反射，被测介质导电性越好或介电常数越大，回波信号的反射效果越好。雷达波的频率越高，发射角越小，单位面积上能量（磁通量或场强）越大，波的衰减越小，雷达料位计的测量效果越好。
雷达液位计的基本原理
雷达液位计采用发射一反射一接收的工作模式。雷达液位计的天线发射出电磁波，这些波经被测对象表面反射后，再被天线接收，电磁波从发射到接收的时间与到液面的距离成正比，关系式如下：
D-CT/2
式中D—一雷达液位计到液面的距离
C一一光速
T一一电磁波运行时间
雷达液位计记录脉冲波经历的时间，而电磁波的传输速度为常数，则可算出液面到雷达天线的距离，从而知道液面的液位。
在实际运用中，雷达液位计有两种方式即调频连续波式和脉冲波式。采用调频连续波技术的液位计，功耗大，须采用四线制，电子电路复杂。而采用雷达脉冲波技术的液位计，功耗低，可用二线制的24VDC供电，容易实现本质安全，精确度高，适用范围更广。
HSRD系列雷达液位计采用脉冲微波技术，其天线系统发射出频率为6.3GHz、持续时间为1ns的脉冲波束，接着暂停277ns，在脉冲发射暂停期间，天线系统将作为接收器，接收反射波，同时进行回波图像数据处理，给出指示和电信号。如图1、2所示
雷达液位计测量液位的先进技术：
回波处理新技术的应用
从雷达液位计的测量原理可以知道，雷达液位计是通过处理雷达波从探头发射到介质表面然后返回到探头的时间来测量液位的，在反射信号中混合有许多干扰信号，所以，对真实回波的处理和对各种虚假回波的识别技术就成为雷达液位计能够准确测量的关键因素。
测量数据处理：
由于液面波动和随机噪声等因素的影响，检测信号中必然混有大量噪声。为了提高检测的准确度，必须对检测信号进行处理，尽可能消除噪声。
雷达液位计的特点
a）雷达液位计采用一体化设计，无可动部件，不存在机械磨损，使用寿命长。
b）雷达液位计测量时发出的电磁波能够穿过真空，不需要传输媒介，具有不受大气、蒸气、槽内挥发雾影响的特点，能用于挥发的介质如粗苯的液位测量。
c）雷达液位计几乎能用干所有液体的液位测量。电磁波在液位表面反射时，信号会衰减，当信号衰减过小时，会导致雷达液位计无法测到足够的电磁波信号。导电介质能很好地反射电磁波，对HSRD雷达液位计，甚至微导电的物质也能够反射足够的电磁波。介电常数大于1.5的非导电介质（空气的介电常数为1.0）也能够保证足够的反射波，介电常数越大，反射信号越强。在实际应用中，几乎所有的介质都能反射足够的反射波。
d）采用非接触式测量，不受液体的密度、浓度等物理特性的影响。
e）测量范围大，最大的测量范围可达0-35m，可用于高温、高压的液位测量。
f）天线等关键部件采用高质量的材料，抗腐蚀能力强，能适应腐蚀性很强的环境。
g）功能丰富，具有虚假波的学习功能。输入液面的实际液位，软件能自动地标识出液面到天线的虚假回波，排除这些波的千扰。
h）参数设定方便，可用液位计上的简易操作键进行设定，也可用HART协议的手操器或装有调试软件的PC机在远程或直接接在液位计的通信端进行设定，十分方便。
三、测量条件
雷达信号通过天线系统聚焦，雷达被束的发射就象手电筒的光束，呈锥形，而锥形发射角的大小取决于天线尺寸（我使用的是长度330mm的棒式天线）。
锥形发射角内的任何物体都会反射雷达信号，特别是最近的几米内的管道、支架等装置造成的虚假反射特别强。比如：距离发射天线6米处的虚假回波要比18米处的强9倍。对于远处的虚假反射面，雷达信号的能量被分散到一个很大的面积上，这样反射回来的虚假信号就很弱，不像近处的虚假回波对测量的影响那么大。而圆形虚假反射面可以将雷达信号散射到其他地方，所以虚假反射的能量密度小一些，其比平面虚假反射面对测量的影响小很多，如图3、图4所示：
四、液位计的安装注意事项雷达液位计能否正确测量，依赖于反射波的信号。如果在所选择安装的位置，液面不能将电磁波反射回雷达天线或在信号波的范围内有干扰物反射干扰波给雷达液位计，雷达液位计都不能正确反映实际液位。因此，合理选择安装位置对雷达液位计十分重要，在安装时应注意以下几点：
测量液态介质时，传感器的轴线和质表面保持垂直；当测量固态介质时，由于固体介质会有一个堆角，传感器要倾斜一定的角度，尽量避免在发射角内有造成虚假反射的装置。特别要避免在距离天线最近的13锥形发射区内有障碍装置。若实在避免不了，建议用一个折射板将过强的虚假反射信号折射走。这样可以减小假回波的能量密度，使传感器较容易地将虚假信号滤出。
要避开进料口，以免产生虚假反射。传感器不要安装在拱形罐的中心处，否则传感器收到的虚假回波会增强，也不能距离罐壁很近安装，最佳安装位置在容器半径的1/2处。
要避免安装在有很强涡流的地方。如：由于搅拌或很强的化学反应等，建议采用导波管或旁通管测量。
若传感器安装在接管上，天线必须从接管伸出来。喇叭口天线伸出接管至少10mm。棒式天线接管长度<50mm，如图5、6所示：
关于导波管天线：导波管内壁一定要光滑，下面开口的导波管必须达到需要的最低液位，这样才能在管道中进行测量。传感器的类型牌要对准导波管开孔的轴线。若被测介电常数小于4，需在导波管末端安装反射板，或将导波管未端弯成一个弯度，将容器底的反射回波折射走。
五、液位波动分析
1，泡沫影响
根据液位计的测量原理得知，当介质表面存在大量厚而稠的泡沫时，会使雷达波无法穿透泡沫直接到达介质表面，雷达波可能在泡沫里面连续反射才能到达液面，或者根本无法到达液面，这样使得雷达波的反馈时间不确定，从而造成液位显示波动或停留在某一液位保持不动。
2.安装位置不合适
通过对现场检查发现，旋转滤网后液位计2安装位置旁边有一检修爬梯，其会产生比较多的虚假回波，影响测量，并且当液位降至7300mm时，爬梯的固定水泥石墩就会露出来，由于该水泥石墩为一平面反射面，根据前面分析得知，这种反射面会产生很强的虚假反馈波，从而造成液位计无法正确判断出真实波形，因此当液位每次降至该位置时都会产生波动现象。
3·安装接管长度不符合要求根据现场实测，我厂旋转滤网后液位计2的接管长度都大于50mm，这直接衰减了真实反馈波的能量，影响测量。
六、解决方法及结论
解决方法：定期清理泡沫，改善测量环境。缩短液位计的安装接管长度，使其符合规范。将液位计移位，使其尽量远离爬梯，减小爬梯对测量的影响。（如图7所示）在水泥石墩表面安装反射板，以折射虚假回拨。（如图8所示）结论：
通过对我厂循环水旋转滤网后液位计2的安装位置、方式及测量环境的改造，观察至今，效果良好。
雷达液位计是目前各类液位测量仪表中适用范围最广、测量最精确、维护最方便的液位测量仪表。随着其价格的进一步降低，性价比的提高，应用将会越来越广泛，在液位测量中发挥更重要的作用。
返回
