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雷达液位计的原理和使用

2011-11-30 09:54:45 3566

1. 雷达液位计的测量原理
雷达液位计采用发射—反射—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/25 s( u, C8 @2 F& q
式中 D——雷达液位计到液面的距离 C——光速* T——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24V DC供电，容易实现本质安全，精确度高，适用范围更广。
VEGAPULS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0.8ns的脉冲波束，接着暂停278ns，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。
2. 雷达液位计的特点7 a* i2 c6 L/ D c6 X$ R! |
(1)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。- H4 u% E: B3 r! y/ E+ _3 P8 A8 P" _
(2)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。
(3)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。- ?; N6 q$ g' x2 E9 z
(4)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，排除这些波的干扰。
(5)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VEGA Visual Operating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。
(6)雷达液位计几乎能用于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VEGAPULS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。0 U C2 T1 c! y8 s* W
(7)采用非接触式测量，不受槽内液体的密度、浓度等物理特性的影响。
(8)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。
3. 雷达液位计安装的注意事项
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：
(1)雷达液位计天线的轴线应与液位的反射表面垂直。
(2)喇叭型的雷达液位计的喇叭口要超过安装孔的内表面一定的距离(>10mm)。棒式液位计的天线要伸出安装孔，安装孔的长度不能超过100mm。对于圆型或椭圆型的容器，应装在离中心为1/2R(R为容器半径)距离的位置，不可装在圆型或椭圆型的容器顶的中心处，否则雷达波在容器壁的多重反射后，汇集于容器顶的中心处，形成很强的干扰波，会影响准确测量。
(3)对液位波动较大的容器的液位测量，可采用附带旁通管的液位计，以减少液位波动的影响。+ C) S; b3 v+ E! c" q
安装完毕以后，可以用装有VEGA Visual Operating软件的 PC机观察反射波曲线图，来判断液位计安装是否恰当，如不恰当，则进一步调整安装位置，直到满意为止。
(4)槽内的搅拌阀、槽壁的黏附物和阶梯等物体，如果在雷达液位计的信号范围内，会产生干扰的反射波，影响液位测量。在安装时要选择合适的安装位置，以避免这些因素的干扰。
在我公司高品计量的贮槽中，最初我们选择雷达液位计安装于离槽壁大约300mm的位置，用PC机观察反射波曲线图如图2a所示，在反射波前有一很强的干扰波，造成这种干扰波的主要原因可能是槽壁上的积垢。为避免这些因素的影响，我们选择在距天线和支撑柱距离各为1000mm的位置如图1b所示，用装有VEGA Visual Operating软件的 PC机观察反射波曲线图如图2b所示，降低了干扰波的强度，有效地去除了干扰波的影响。* z3 i1 Y# @1 }9 `, Y
对于有些安装位置无法避免的干扰波如图2b的干扰波，还可利用VEGAPULS 雷达液位计识别虚假波的功能，液位计能根据实际液位标识出干扰反射波，并存于雷达液位计的内部数据库，使雷达液位计在数据处理时能识别这些干扰波，去除这些干扰反射波的影响，保证测量的准确性。+ I# P! a, a4 O9 s" A
4. 雷达液位计的维护
雷达液位计主要由电子元件和天线构成，无可动部件，在使用中的故障极少。使用中偶尔遇到的问题是，贮槽中有些易挥发的有机物会在雷达液位计的喇叭口或天线上结晶，对它们只要定期检查和清理即可，维护量少。
在日常维护中，可以用 PC机(装有VEGA Visual Operating软件)远程观察反射波曲线图，对于后来可能新产生的干扰波，可以利用液位计有识别虚假波的功能，除去这些干扰反射波的影响，保证准确测量。