PS64. AXFFGJHXKMXXXPTB雷达液位计电话

　　固体散料测量的技术突破

　　低介电常数（ε＜2）粉料测量是行业难题，80GHz雷达传感器通过增强发射功率（＜20mW）和窄波束（＜4°）提升信号反射率。某电厂粉煤灰仓实测显示，传统26GHz雷达回波强度仅-90dBm，而80GHz型号达-65dBm。粉尘环境需配备0.3MPa压缩空气吹扫装置，防止天线积灰。最新多目标识别算法可区分下落物料与料位面，动态测量误差控制在0.5%FS以内。料仓倾斜时，三维建模技术能自动补偿斜面导致的测量偏差。

　　概述

　　蒸汽汽包是石油化工，发电等工业过程中的重要设备，保持液位稳定是汽包运行的重要条件。带气象补偿的导波雷达液位计克服了差压液位计，浮筒液位计，电接点液位计的缺点，维护量小，测量准确。

　　汽包液位测量的现状

　　目前，从汽包液位测量的基本原来来看，广泛使用的主要是基于连通器式和压差式两种原理。汽包液位测量的仪表主要有差压液位计，浮筒液位计和导波雷达液位计等仪表。

　　1. 差压汽包液位计。差压式汽包液位计测量原理是通过吧液位高度的变化转化成差压的变化来测量液位计，这种转换是通过平衡容器形成残币水柱实现的，其准确测量液位计的关键是液位与差压之间的准确转换。差压汽包液位计的有点事精度和稳定性高，运行中故障率低，维护量小，但这种测量方式的误差与汽包压力和参比水煮温度有关，需要进行汽包夜里校准，且补偿计算复杂，此外还应考虑平衡容器温度变化造成的影响。

　　2. 浮筒液位计。浮筒液位计是基于浮力原理工作的。当液位计在0位时，扭力管受到浮筒中立产生的扭力矩大，扭力管转角处于0°。当液位逐渐上升至高时，扭力管受到浮力产生扭力矩，转过一个角度，变送器将该角度转换成4~20MA直流信号，该信号正比于被测量液位。这种测量方式介质的密度变化会对测量精度造成影响，受到机械振动也会造成读数不准确。

　　3. 电接点液位计。电接点液位计属于连通管液位计，原理是利用在锅炉水肿的电对筒体阻抗小而在蒸汽中的电对筒体的阻抗大的特性来测量液位。高压锅炉的锅炉水电导率一般要比饱和蒸汽的电导率大数万到数十万倍，因而电接点街违纪指示值受气包压力变化的影响较小，能方便的远传液位信号。但是有取样传感器性差，电机机械密封易泄露，电使用寿命短，指示不连续，维护量大的缺点。

　　综上所述，由于汽包液位测量对象的复杂性，实际运行中的不确定因素和较大的测量误差，导致汽包液位计的测量常有较大的偏差。导波雷达液位计测量是一种的测量技术，克服了差压式，浮筒式，电接点等液位测量仪表的缺点，满足汽包液位测量的需求。

　　导波雷达液位计测量原理及特点

　　1. 测量原理。导波雷达液位计是依据反射原理为基础的雷达液位计，电磁脉冲信号以光速沿钢缆传播，当遇到被测介质时，雷达液位计的部分脉冲被反射形成回波并沿相同路径返回到脉冲发射装置，发射装置与被测介质表面的距离同脉冲在其间的传播时间成正比，经计算得出液位高度。

　　2. 特点。导波雷达液位计的优点是信号稳定，测量不受液体密度和电气特性影响，测量，测量与调校方便，安装成本低且维护方便。

　　3. 导波雷达液位计的选型及安装要求

　　选型。导波雷达液位计是靠传感器发射电磁波，因此传感器的选择是导波雷达液位计选型的重要部分。导波雷达液位计的传感器有杆式，揽式和同轴式三种类型。通常选用杆式传感器。当测量范围较大时，由于运输和安装不变，建议采用揽式传感器。

　　安装。导波雷达液位计的安装需考虑安装要求，容器特性和过程连接等因素。主要安装方式有以下两种:顶装或者侧装。

　　导波雷达液位计两种安装方式安装时应注意:安装时要导波雷达与关闭需要由适当的距离;避免仪表传感器下方有明显障碍物，阻碍雷达波顺利达到被测介质表面;不要将导波杆安装在进料口附近;传感器与设备底部要有一定距离，不能接触到罐底。

　　4. 气相补偿技术(GPC)。在高温高压条件下，电磁波信号在介质上方的蒸汽中的传播速度会降低，此时雷达测量的液位值将减小。选用带气相补偿的导波雷达，通过气相补偿功能队测量值进行补偿，可以得到一个准确的实际液位值。

　　导波雷达液位计在汽包液位计测量案例

　　在某锅炉装置的汽包上，汽包是产汽系统的主要部分，利用转化炉烟气段的高温热量和炉出口转化气高温余热，产出10.5MPA高压蒸汽，一部分作为工艺上的配汽参与反应，另一部分外送至高压蒸汽管网，实现设能的综合利用，提高装置的运行效率。由于汽包对于锅炉装置的重要性，测量汽包液位先后共使用了三种测量仪表:差压式液位计，普通导波雷达液位计，带GPC功能导波雷达液位计。由下图可知，通过实际测量，在高温时，普通导波雷达误差高达18%，带GPC时，测量误差仅为2%，带GPC功能导波雷达液位计在高温下测量数据比较稳定，真实。

　　三种仪表测量数据比较

　　总结

　　带GPC功能导波雷达液位计在测量高温高压的环境中，各项性能明显优于其他类型的液位计，不受工艺条件的线制，维护量小，性能。是在汽包液位测量的不二之选。

　　Endress+Hauser导波雷达液位计 Levelflex FMP54 - 导波雷达物位仪导波雷达测量 行程时间原理 Levelflex FMP54适用于油气、化工和电力等行业的高温高压测量场合免维护的液位和界面连续测量仪表适合在油气，化工和电力等行业的高温高压场合应用温度范围: -196至 +450 °C, 压力范围: -1至+400bar Levelflex FMP55 - 导波雷达物位仪导波雷达测量 行程时间原理 Levelflex FMP55的多参数技术实现界面测量免维护的液位和界面连续测量仪表用一台仪表可以同时地监测界面和液位总值温度范围: -50至 +200 °C, 压力范围: -1至+40bar Levelflex FMP56 - 导波雷达物位仪导波雷达测量 行程时间原理 Levelflex FMP56适用于固体散料物位测量的经济、的基本型仪表免维护的固体散料连续测量仪表高性价比温度范围: -40至 +120 °C, 压力范围: -1至+16 bar Levelflex FMP57 - 导波雷达物位仪导波雷达测量 行程时间原理 Levelflex FMP57适用于固体散料物位测量的标准传感器，满足zui高测量要求。免维护的固体散料连续测量仪表标准传感器-开发过程符合IEC 61508标准，单台仪表满足SIL2， 同构冗余条件下达SIL3温度范围: -40至 +185°C, 压力范围: -1至+16 bar Micropilot FMR50 - 雷达物位仪雷达测量 行程时间原理 Micropilot FMR50适用于液位测量的基本型仪表非接触、免维护的液体测量,同时能有效介质的渗透高性价比温度范围: -40至 +130 °C, 压力范围: -1至+3 barEndress+Hauser导波雷达液位计 Levelflex FMP50 - 导波雷达物位仪导波雷达测量 行程时间原理 Levelflex FMP50适用于液位测量的基本应用免维护的液位和界面连续测量仪表高性价比温度范围: -20至 +80 °C, 压力范围: -1至+6 bar Levelflex FMP51 - 导波雷达物位仪导波雷达测量 行程时间原理 Levelflex FMP51满足液位测量zui高要求的标准传感器免维护的液位和界面连续测量仪表标准传感器-开发过程符合IEC61508标准，单台仪表满足SIL2， 同构冗余条件下达SIL3温度范围: -40至 +200 °C, 压力范围: -1至+40 bar Levelflex FMP52 - 导波雷达物位仪导波雷达测量 行程时间原理 Levelflex FMP52带涂层的探杆，适用于腐蚀性液体测量免维护的液位和界面连续测量仪表探杆表面涂层，适用于腐蚀性液体温度范围: -50至 +200 °C, 压力范围: -1至+40 bar Levelflex FMP53导波雷达测量 行程时间原理 Levelflex FMP53满足生命科学和食品行业的zui高卫生要求免维护的液位连续测量仪表满足生命科学和食品行业的zui高卫生要求温度范围: -20至 +150 °C, 压力范围: -1至+16bar

　　1 故障现象

　　芳烃装置导波雷达液位计使用量比较大，LT3021 、LT3613出现故障的几率比较大，常见的故障现象即为液位显示与实际液位值不符。

　　2 原因分析

　　一般导波雷达液位计出现此故障原因有以下两个原因:1）介质不干净，污染了导杆；2）介质的介电常数发生了变化，导致测量不准确。

　　3 处理方法

　　1）排放:通知工艺操作人员，办好仪表工作票（联系单）。让工艺外操人员关闭仪表上下截止阀，仪表人员对液位计进行低点排放。排放后如果仪表读数保持一定值不变，则应判断为导波杆被脏污介质污染。此时对仪表进行下线（即从现场拆除），对导波杆进行清洗，清理导波杆上面的附着物，然后连表头一起进行重新校验；

　　2）调介电常数:如果仪表排放后显示归零，但投用后显示仍然不准，则判断为介质介电常数发现了变化，此时对仪表介电常数进行调整:a）打开显示表头盖，按向上（或向下）箭头翻动显示屏幕上面的选项，直至翻到“Dieelctec(select)”菜单；b）在屏幕出现Dieelctec(select)时按下回车键   ，屏幕面出现“！”标志，此时仪表参数为可改变模式。c）出现“！”标志后按上下键翻动选择介电常数值（1.4-1.7,1.7-3,3-10,10-100）一共四个选项，选择完后再按回车键确认，等待几秒钟后显示屏幕自动返回测量值显示页面，观察液位显示值。d）当选择的介电常数值能使仪表的显示值与实际液位值相符时，则使用用此介电常数值；当不相符时，则继续选择下一个介电常数值进行试验，直到仪表显示值与实际值相符。

　　4 总结

　　导波雷达液位计广泛应用于石油化工行业的液位测量中，掌握导波雷达液位计的常见故障及处理方法是每名仪表维修工必备的技能。本文对装置现场导波雷达液位计的常见故障和处理方法进行了简要介绍，有不当之处，敬请批评指正。

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　　物位计是一种用于测量物料、液体或颗粒物在容器或管道内的高度和位置的设备。它使用在介质中传播并反射来测量距离并确定物料/液面的位置。

　　选型时，需要考虑以下因素:测量要求的精度、环境温度和压力、安装条件、性要求以及市场价格等。

　　雷达物位计是一种利用微波技术进行测量的物位测量仪表，能够准确实时地检测工业生产过程中各种物料在罐内的体位（物位），且适用范围广泛。应用广泛于化工、电力、制、造纸、钢铁、水泥、石油、化肥等行业。

　　选型时需考虑测量范围，接口形式，工作原理，材质选择，维护保养等因素。同时应考虑到施工方案，确保安装位置及姿态与要求相符并满足其它技术条件。

　　导波雷达液位计在检测液位时采用的是时域反射（TDR）原理，信号的传输介质是同轴电缆和导波杆，可以认为导波雷达液位计进行液位检测是基于传输线的特性的。以下简要介绍 TDR 的原理。

　　同轴电缆和导波杆是比较常用的信号传输线，我们可以把它等效为理想的双导线传输线，由相同的很多小的部分组成，每个小的部分又由很多的电阻 R、电容C、电感 L 和电导 G 等元件一起组成，并且同轴电缆和同轴导波杆的特性阻抗在每处都是一样的。

　　同轴电缆等效传输线原理图如图 2-1 所示。

　　图 2-1 同轴电缆等效传输线原理图

　　由上图知道，如果同轴电缆与其他介质相接触，由于介电常数（这里用rε 来表示）是不同的，会使相接触部分的等效阻抗发生一定变化。当同轴电缆的某一端发射出脉冲信号时，脉冲信号会沿电缆进行传输。如果传输中没有与其他介质的接触时，那么对应的负载阻抗和电缆的特征阻抗相等，那么脉冲会被吸收因此没有回波信号产生；如果发生与其他介质的接触时，那么对应的负载阻抗就会发生变化，使之和特征阻抗不相等，就会产生回波信号。

　　这里定义一个反射系数为 ρ ，它是反射信号与发射信号的幅度的比值，我们用它来用来表示负载阻抗和特性阻抗的关系。

　　其中:tZ 表示任意一点的阻抗，cZ 表示特性阻抗。因此，在各种情况时阻抗和反射系数的不同如下所示:1．当同轴电缆传输正常时，那么t cZ =Z

　　， ρ =0 ，发射脉冲会被吸收，没有回其中:tZ 表示任意一点的阻抗，cZ 表示特性阻抗。因此，在各种情况时阻抗和反射系数的不同如下所示:

　　1．当同轴电缆传输正常时，那么t cZ =Z ， ρ =0 ，发射脉冲会被吸收，没有回

　　图 2-2 断路回波信号示意图

　　3．当同轴电缆传输短路（即为与其他介质接触时）时，那么tZ =0 ， ρ = −1，同样产生全反射，但是短路回波信号和发射信号具有相反的性，短路回波示意图如图 2-3 所示。

　　图 2-3 短路回波信号示意图

　　当脉冲信号在导波杆上传输时，如果碰上其他介质就会使该点的阻抗变化，从而反射系数也会发生变化，会产生回波信号。我们可以进一步计算发射脉冲和回波脉冲的时间差就能计算出发射电路到该介质接触点的距离。

　　导波雷达测量系统原理:

　　导波雷达液位计就是时域反射原理来进行测量的，测量过程我们分为信号传播和整个测量系统来作介绍。

　　导波雷达信号传播示意图如图2-4所示。

　　在机械机构上，仪表的表头内部的收发电路会通过同轴射频接插件和同轴电缆相连。同轴电缆的另一端将会在法兰的位置与同轴导波杆连接。导波杆则是直接插入到罐体的介质内，导波杆的末端与罐底底部则是有一段距离的。

　　根据左图可以看到，电路板输出的脉冲信号会通过同轴电缆，再在同轴导波杆上进行传播。由2.1节的介绍，在同轴电缆和导波杆的连接处会首先发生断路，进而一部分信号会产生一个顶部回波信号，但是仍有一部分信号还会继续沿导波杆传播。当信号与被测液体表面接触时，其阻抗特性会发生变化，其一部分也会被反射，会再产生一个真正的液位回波信号。也会有另外一部分信号仍然会继续向下传播，***终会损耗在不断发射中。液位计可以判断出液位回波和顶部回波之间的时间差，根据这个时间差，我们用单片机进行计算就可以得到液位的高度。

　　根据右图所示，在罐体为空的时候，没有液位就不会发生液位回波信号，但是仍然会有顶部回波信号，而且在导波杆的底部会断路而产生一个的底部回波信号‘。

　　假如罐体内有两种不同的介质，由于密度不同这两种介质会分别存在于液体的上部和下部。如果这两种介质的介电常数大不相同，那么就可以通过回波的不同来判断两种介质的分界面，进而也可以得出这两种介质的不同高度。由于脉冲信号是通过导波杆传播，导波杆上的空气、气态的凝结不会影响性能，因此可以长时间测量低介电常数的产品。一般情况下被测液体的介电常数越大回波信号也就越强，也就更容易检测出液位，比如水比丁烷更容易测量。

　　假设电磁信号在介质中传输无损耗，则信号在其中的传播速度可以表示为:

　　其中:c为电磁波在真空中的传播速度(3×10八立方米m/s）。

　　Y为介质的相对介电常数，

　　从为同轴电缆的相对磁导率(大多数液体其近似等于l}o

　　我们可以得到:

　　若电磁波在同轴导波杆上的传播距离为L，那么回波信号的传播时间为:根据这个实际传播速度结合时间就可以计算出液位[[19]。因此，的深度:

　　L可以表示为液位因罐体高度为H，***后得到的液位高度为:

　　h=H一L导波雷达测量系统示意图如图2-5所示。

　　图中为整个导波雷达测量系统，导波雷达液位计发送的是窄脉冲信号，对刚性杆***大测量范围为6.1 m，柔性杆为***大范围则为30m。在实际测量中，在量程的上部和下部都会存在一段死区，分别为上部死区和下部死区，其长度分别为Lz和L,，这两个死区的特性是非线性的，所以造成测量误差会偏大。我们把上部死区的较低点定义为上参考点，用它来代表液位的满点(***高可测点)和20mA输出电流。下部死区的***高点则定义为下参考点，用它来代表液位的零点(较低可测。

　　点)和4mA输出电流。在导波杆末端到罐底的距离为L。

　　由此，在实际应用时，液位的计算需要考虑到上部死区和下部死区的因素。在液位显示时需要加上杆末端距离罐底的距离L。和下部死区的高度L1 [21] o

　　一般液位测量时只需要测量一定范围内的高度，即有效量程为两个死区之间的高度，也叫线性区。

　　在罐体内实际显示的液位高度(即以下参考点作为零点)为:

　　hD = h一L。一L, 这里L+L、是液位的整体迁移量。

　　本章主要是对导波雷达液位计进行了理论分析，首先介绍了导波雷达液位计测量所需要的时域反射原理，接着详细讲述了导波雷达测量系统的原理，***后则概括了本课题所设计的导波雷达液位计所要实现的功能和特点。

　　雷达液位计是对一系列用雷达原理测量液位高低的仪器的总称，导波雷达液位计就是增加了导波功能的雷达液位计，那么，导波雷达液位计原理是怎么样的呢?其中“导波”是什么意思呢?

　　“导波”的意思是指雷达从杂波中把目标信号检测出来。我们知道，雷达波遇到测量液面后在反射回来，通过计算时间、介质等，就能得出所测量液面的高低，然而由于液体表面有雾气和泡沫物体、介质在波导体上的沉积和涂污的回波信号存在，雷达很难分辨出那一个回波才是真正的目标。导波雷达采用一个波导体(探头)传播电磁能量，具有常规通过空间传播电磁波的雷达液位仪表的性能，并具有如下的优点，可很好地用于石油化工设备中烃类及其他介质液位的测量。

　　总而言之，“导波”就是“引导目标信号”的意思，使用导波雷达液位计有以下优点:

　　1、由于信号在波导体中传输不受液面波动和储罐中的障碍物等的影响，因而仪表所接收到的返回信号能量相应较强，约为所发射能量的20%，而且返回信号中的干扰性杂散信号小，基本对测量信号无影响。

　　2、介质密度的变化对测量无影响，介质密度的变化影响浸没于介质中物体所受到的浮力，但不影响电磁波在波导体中的传播。

　　3、能耗低。GWR输出到波导探头的信号能量小，约为常规雷达发射能量(1mW)的10%。这是因为波导体为信号至液面往返传输提供一条快捷的通道，信号的衰减保持在小限度，因而可用以测量介电常数低的介质液位;另外由于导波雷达耗能小，采用回路供电而不是单独的交流供电，从而大大节省了安装费用。

　　物位测量的仪表在选型时，与压力或流量测量等仪表有很大不同。这是因为物位测量的现场情况千差万别，而生产商又很难设计出能满足工况应用的物位仪表。只有充分了解仪表特点及现场应用条件，才能正确选择所需要的产品，同时充分发挥仪表的测量性能。

　　雷达物位计的回波质量主要受以下因素影响:

　　1.传播介质的介电常数，该常数越稳定越有利于传播。雷达波是电磁波，电磁波在传播过程中不受传播介质稳定程度的影响，只与其介电常数有关。这是雷达技术与超声波技术的重大区别。

　　2.被测介质表面状况，表面越平整，其介电常数越大，则越有利于回波反射。

　　所以考虑现场情况时，应注意这两个方面:

　　1.天线到被测介质间空气介电常数的分布

　　2.被测介质的表面状态及其介电常数。

　　雷达物位计的优点是:不受空气波动影响，随距离衰减小，穿透力强。

　　雷达物位计的种类及应用:

　　雷达物位计目前已成为市场上的主流产品，主要分为脉冲雷达物位计和导波雷达物位计。低频脉冲雷达物位计尽管具有价格相对低廉的优点，但在主要应用领域中，属于逐渐被淘汰的产品。

　　与低频脉冲雷达物位计相比，高频脉冲雷达物位计在应用过程中有以下优点:

　　1.高频雷达物位计(主要指26GHz和24GHz)具有能量高，波束角小，天线尺寸小，精度高等优点。

　　2.26GHz雷达波长11mm，6GHz雷达波长50mm，雷达物位计在测量散装料位时，雷达波反射主要来自料面的漫反射，漫反射的强度与物料大小成正比，与波长成反比，而大部份散装料直径远远小于50mm，这就是目前26GHz雷达是测量散装料物位*选择的原因。

　　3.在一些直径小而高度并不是很高的小型罐的应用中，6GHz雷达天线长(300-400mm)无形中增大了盲区(大约600mm)，另外由于6GHz雷达方向性差(开角大)在小罐中会产生多径反射;而26GHz雷达频率高，天线短，方向性好，克服了6GHz雷达的缺点，适用于小罐测量。

　　4.由于现场环境恶劣，随着时间推移，雷达天线会堆积污物、水汽等，26GHz雷达天线小，附加天线罩可大大改善因污物、水汽造成的影响;6GHz雷达天线大，加天线罩很困难。且仪表较沉重，清理困难。

　　5.由于26GHz雷达方向性好，很多恶劣工况，可通过简单隔离，将雷达物位计装在容器外进行测量。

　　在香料生产的关键环节中，香精储罐的液位测量对于保障生产流程的稳定、产品质量的均一以及生产。雷达液位计作为一种的液位测量技术，凭借其的优势，在香精储罐液位测量领域展现出的性能。香精，作为赋予产品特定香气的关键成分，其生产过程涉及多种香料的混合与调配。香精通常具有高价值......