HBRD802雷达物位计电话

　　1、应用:液体、固体颗粒2.测量范围:20米3.过程连接:螺纹、法兰4.介质温度:-40~250℃5.过程压力“-0.1~2MPa6.精度:±3mm7.频率范围:100MHz-1.8GHz8.防爆登记:Exia Ⅱ CT6 Ga Exd ia Ⅱ CT6 Gb9.防护登记:IP6710.信号输出:4…20mA/HART(两线）

　　摘 要: 液位测量是核电站自动控制系统中的重要组成部分。导波雷达液位计基于电磁波时域反射( TDＲ) 原理，具有受环境影响小、测量精度高等特点。导波雷达液位计作为一种新型的液位测量手段，已经在核电领域有了广泛的应用，但是在其应用过程中也遇到了一定的问题。针对福清核电汽水分离再热系统疏水箱液位计频繁出现的支撑件破碎、密封失效以及蒸汽补偿漂移等问题，进行了原因分析并给出了解决措施。通过对导波雷达液位计的改造，使得导波雷达液位计在核电高温蒸汽系统中得到了应用，提高了汽水分离再热疏水液位测量的性，保障了机组运行。该研究对推动导波雷达液位计在蒸汽系统中应用提供有力支持，对导波雷达这种新型液位计未来在更多测量环境中的应用起到了积作用。wfP压力变送器_差压变送器_液位变送器_温度变送器

　　引言

　　导波雷达液位计作为一种新兴的液位测量仪表，克服了传统仪表的不足，在核电厂的应用逐渐增多。但导波雷达液位计在高温高压蒸汽系统使用时，还存在一些不足，导致系统液位测量失真［1］。汽水分离再热系统是核电厂汽轮机的重要辅助系统，主要应用于汽轮机运行期间，通过控制进入二级再

　　热管束的蒸汽量，对高压缸排气进行和再热，使进入低压缸的蒸汽有一定的过热度。其应用改善了汽轮机低压缸的工作条件，提高了汽轮机的相对内效率，减少了湿蒸汽对汽轮机零部件的刷蚀。在福清 1 ～ 4 号机组调试及运行期间，汽水分离再热系统二级疏水箱液位计多次出现故障，如液位计探杆泄漏、测量失效等。针对二级疏水箱液位计问题，采用新型测量方案，对汽水分析再热系统二级疏水液位测量作优化改进。

　　1 导波雷达物位计测量原理及特点

　　( 1) 导波雷达液位计的工作原理。

　　导波雷达液位计基于电磁波时域反射原理［2］，由电磁波发生器发射一个电磁脉冲信号发射到导波体上，以导波体作为信号的传输载体。当遇到被测介质表面时，部分信号被反射形成回波并沿相同路径返回脉冲发射装置。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，测量发射与反射脉冲［3］。导波雷达液位计测量原理如图 1 所示。

　　导波雷达液位计测量原理图

　　( 2) 导波雷达液位计的测量特点。

　　①电磁波信号沿导波杆传输可消除假回波信号，减少信号丢失。

　　②整个测量装置无活动部件，无机械磨损。

　　③安装调试方便。

　　④不受介质 密度变 化 的 影 响 ( 但 是 需 要 单 一 介质) 。

　　⑤使用与高温、高压的物位测量。

　　2 现有设计缺陷导致测量不稳定的原因分析

　　核电厂二回路液位控制是核电厂重要的控制系统之一，其测量环境需考虑真空、高温、泡沫等多方面因素。传统液位仪表因其固有原理，无法通过自身技术的改进来消除误差。故本文采用了导波雷达液位计［4］。但在机组运行过程中，汽水分离再热系统原有导波雷达液位计导波杆的支撑件会破碎，支撑件碎片会进入到二回路系统中，形成异物，危及机组［5］。同时，导波杆内支撑件破碎后，因振动、冲击等因素会导致导波杆触碰到水位测量筒，使液位测量产生跳变，存在汽水分离再热系统二级隔离风险。受制于现场使用条件，汽水分离再热器二级疏水箱内充满饱和蒸汽。蒸汽是性气体，即蒸汽的介电常数会根据环境的压力、温度而改变。介电常数的变化会影响电磁波的传播速度。波速度公式为&&&&&&&&&&&&&&&&&&&

　　由式( 1) 可见，当介质的介电常数变化，则波速度会随之变化。由于电磁波在不同介质中的传输速度不同，比如在空气中的传输速度比在蒸汽中传输速度大，因此 汽 水 分 离 再 热 系 统 ( gas-liquid seperate system，GSS) 二级疏水箱液位计选用的都是蒸汽型导波雷达液位计［7］。

　　经统计，在功率运行期间，汽水分离再热系统二级液位计共计出现缺陷 91 项。其中，导波雷达液位计漏汽缺陷共计 38 项，二级疏水箱液位计偏差大共计 46项，因仪表故障导致通道测量不可用共计 7 项。

　　根据现场液位计缺陷情况来看，目前汽水分离再热系统二级液位计主要存在以下故障。

　　①液位计探杆支撑杆破碎。经分析，原汽水分离再热系统二级液位计所用的高温型导波雷达液位计，其探杆支撑件采用聚醚醚酮( PEEK) ［8］高分子合成材料。在运行过程中，该支撑件会逐渐脆化，在系统冲击工况下破裂。处理方式: 在测量系统改进前，机组只能通过每次大修期间，对探杆进行定期更换。

　　②液位计探杆密封失效。液位计探杆内部密封件采用 PEEK 材料进行隔热，靠近连接部位采用 2 个 O型圈进行密封。O 型圈耐温范围为 150 ℃ 。因汽水分离再热系统二级疏水箱内部温度达 280 ℃ ，探杆隔热材料失效，进而使 O 型圈失效，探杆密封泄漏，测量闪发质量位。处理方式: 目前出现探杆密封失效后，无法进行更换。

　　③液位计冷热态工况，液位测量出现偏差。液位计大修冷态调试时，3 支液位计偏差小于 20 mm。但汽轮机冲转并网后，因系统温度上升，3 支液位计偏差会达到 100 mm。在机组运行时间长后，液位计偏差也会逐渐增加，导致偏差超过 100 mm。处理方式: 目前只能在热态后，对偏差大液位计进行修正。机组功率运行后，每周定期巡检方式，检查液位计偏差，并及时进行修正。

　　3 改进方案

　　3． 1 导波雷达液位计支撑件改进

　　原汽水分离再热系统二级导波雷达液位计采用PEEK 支撑件，同时也作为探杆隔热材料。PEEK 是芳香族结晶型热塑性高分子材料。PEEK 玻璃化转变温度为 143 ℃ ，其熔点为 334 ℃ 。这种材料耐抗有机和水环境，具有优良的化学性、热稳定性和抗氧化性。目前，应用汽水分离再热系统二级疏水箱实际运行温度为 280 ℃ ，仪表的设计温度为350 ℃ ，而 PEEK 物理特性耐温只有 250 ℃ ，因此运行时间过长会产生变形或碎裂。

　　为应对导波雷达液位计支撑件破碎及密封失效情况，此次支撑件设计采用 99． 7% 纯度的 Al2 O3 陶瓷材料［8］。该材料具有硬度大、耐磨性能好、质量轻等特点。其熔点在 2 000 ℃ 以上，具有良好的导热性、缘性以及透光性，介电常数为 9． 0 左右，适用于高温蒸汽型导波雷达液位计测量原理。Al2 O3 陶瓷的物理和力学特性如表 1 所示。

　　改进后探杆内部结构精密。蒸汽部分主元件采用氧化铝陶瓷，不会因为温度增高而变形、渗漏。密封元件采用耐高温的石墨密封 Graphite，是目前仪表产品在高温蒸汽方面的理想材料。其物理性能远远优于以前使用的 PF128、PEEK、铝矾土等材质，十分稳定。该结构整体密封结合紧密，可杜蒸汽进入。

　　3． 2 导波雷达液位计高温补偿改进

　　原汽水分离再热系统二级导波雷达液位计采用点补偿方式，补偿点到电磁波发射口距离为 125 mm。如果测量点以上或者测量点位置有凝露或者误差，会放大传导到下方实际液位测量。为了地说明上述结论，定义系数 K。

　　雷达料位计的工作原理与分类

　　雷达料位计通过发射6-80GHz的微波信号并接收回波来测量物料高度，分为脉冲波（量程30m）和调频连续波FMCW（精度±1mm）两种。26GHz设备适用于大多数工况，80GHz高频型号可检测介电常数低至1.4的物料。某化工厂应用显示，80GHz雷达测量ε=1.8的塑料颗粒时，信号强度比26GHz型号提升20dB。最新相控阵技术实现电子波束偏转，能自动避开仓内障碍物，安装灵活性提高40%。

　　导波雷达液位计单缆或单杆产品概述

　　导波雷达物位计是一种微波物位计，它是微波（雷达）定位技术的一种运用。它是通过一个可以发射能量波（一般为脉冲信号）的装置发射能量波，能量波在波导管中传输，能量波遇到障碍物反射，反射的能量波由波导管传输至接收装置，再由接收装置接收反射信号。根据测量能量波运动过程的时间差来确定物位变化情况。由电子装置对微波信号进行处理，转化成与物位相关的电信号。

　　导波雷达液位计单缆或单杆适用范围及特点:

　　导波雷达物位计用于对液体、浆料及颗粒料等介电常数比较小的介质的进行接触连续测量，适用于温度、压力变化大、有惰性气体或蒸汽存在的场合。

　　1、通用性强:可测量液位及料位，可满足不同温度、压力、介质的测量要求，高测量温度可达800℃，大压力可达5MPa，并可应用于腐蚀、冲击等恶劣场合。

　　2、防挂料:电路设计和传感器结构，使其测量可以不受传感器挂料影响，无需定期清洁，避免误测量。

　　3、免维护:测量过程无可动部件，不存在机械部件损坏问题，无须维护。

　　4、抗干扰:接触式测量，抗干扰能力强，可克服蒸汽、泡沫及搅拌对测量的影响。

　　5、准确:测量量多样化，使测量更加准确，测量不受环境变化影响，稳定性高，使用寿命长。

　　导波雷达物位计主要技术参数:

　　正常工作条件:

　　环境温度:-20～50℃；

　　相对湿度:5%～100%（包括直接湿）；

　　环境压力:86kPa～108 kPa；

　　测量范围: 0～6米，缆式大可达35米；

　　过程连接: 螺纹 或者法兰；

　　过程温度: -40 -250℃；

　　过程压力: 0.1～6Mpa；

　　工作频率: 1.8GHz；

　　响应速度: ≥0.2s（根据具体情况而定）

　　重 复 性: ± 3mm ；

　　分 辨 率: 1mm ；

　　电流信号: 4～20mA/HART；

　　精度: ‹0.1% ；

　　通讯接口: HART 通讯协议 ；

　　电源: 24V DC(+/-10%) /波纹电压:1Vpp；

　　耗 电 量: max22.5mA ；

　　防爆认: Exia II CT6 ；

　　外壳保护等级: IP68；

　　两线制接线: 供电和信号输出公用一根两芯线；

　　电缆入口: 两个M20ⅹ1.5（电缆直径5 … 9mm）。

　　三、导波雷达物位计型号及说明:

　　罗斯蒙特 5300 系列是一款的 2 线制导波雷达 (GWR) 变送器，用于液体、浆料、固体中的 复杂液/料位和界面测量。它采用我们 30 年久经考验的雷达知识，其设计旨在提高工厂的收益。 5300 拥有您期望的*过程雷达应具有的优点，包括 出的性、*的性、简便的可操作性以及无限制的连通性。

　　直接开关技术与其他 2 线制导波雷达变送器相比，它具有更强的雷达信号，可提供的测量性能和性。

　　导波杆末端探测功能在介电性低的产品中也能进行长距离测量。

　　利用校验反射器功能可从控制室简捷地进行变送器完整性测试。

　　通过智能电流接口改进 EMC 性能，从而提高性。

　　轻松集成到新建的或现有工厂管控网中，并可选择具有叠加 HART、modbus 输出或 FOUNDATION ? 现场总线的 4-20 mA 方案以便于全面支持 PlantWeb? 警报。

　　功能强大且易于使用的 组态工具。

　　提供 全系列导波杆，几乎覆盖应用，包括用于 温度和压力的严苛工况的导波杆。

　　雷达变送器强大的模块化设计和 M*riableTM配置降低了成本，提高了性。

　　几乎不受应用工况影响，例如 灰尘、蒸汽和干扰性障碍物。

　　按照 IEC61508 在单用模式下通过 SIL2 认，冗余模式下通过 SIL3 认

　　罗斯蒙特 9901－ 用于过程液位仪表的高品质旁通管

　　HBRD802雷达物位计电话

　　1、液位传感器测量原理

　　导波雷达液位传感器利用时差实现液位测量，运用TDR(时域反射)原理，通过探头反射波和液位反射波之间的时间差来测量液位。

　　导波雷达液位传感器采用发射-反射-接收的方式，首先发射一个高频电磁波，电磁波会沿同轴线缆传播到法兰处，产生一个回波(顶部回波);然后电磁波继续沿导波杆传播，当电磁波碰到液面后，由于介电常数发生突变，会产生另一个回波(物位回波)，两个反射波都被设备接收。通过检测出的两个回波的时间差，即可计算出液面高度。

　　顶部回波和物位回波的时间差一般在10ns以内，若通过直接测量时间差来计算液位，则达到毫米级别的精度所需的时间测量精度以及采样、处理的速度要达到皮秒量级。数字计数或实时采样等传统时间测量方式很难达到如此高的要求，为此采用等效时间采样的方法。

　　等效时间采样是指对频率很高的周期性或者准周期性被采样信号，以较慢的采样频率捕获被采样信号的样本，然后按照一定规律重新组合，得到与原信号相似的波形，从而实现通过较低的实时采样速率获得较高的等效采样速率。对乏燃料池的液位来说，毫秒级别内的液位变化是很小的，所以可以将乏燃料池的液位回波信号看为准周期性重复信号，也就适用于等效时间采样法。

　　2、液位变送器工作原理

　　液位变送器的主要功能是产生雷达波，并对返回的雷达波进行分析处理，得到液位数据并将其变送为4~20mA信号。脉冲发射控制电路以440kHz左右的频率发射脉冲波，脉冲波通过同轴线缆向外传输，经过法兰和液面时，各返回一个回波。脉冲采样控制电路会按照等效时间采样原理，以每个周期加ΔT的间隔控制高速采样门的开启，实现对回波信号的采样，通过放大电路对信号进行放大，得到液位信息。液位信息经4~20mA变送模块转换为供电回路的电流值，此电流值与液位高度保持线性关系。LOOP供电处理模块负责为整个系统提供电能，整个系统耗电流低于3.5mA。

　　由以上描述可知，变送器的采样密度是由ΔT决定的，ΔT的时间长短和度直接决定了液位信息的分辨率和精度。因此，变送器的核心部件是脉冲发射、接收时间差校准模块，此模块的采样精度决定了液位测量回路的精度。

　　导波雷达液位计是化学工业中的液位计。 从导波雷达发出的高频微波脉冲沿着感知单元(钢丝绳或钢棒)传播，遇到被测定介质，介电常数急变而引起反射，脉冲能量的一部分被反射。 发射脉冲和反射脉冲的时间间隔与被测量介质的距离成比例。 导波雷达液位计是基于这个原理开发的。

　　导波雷达液位计的优点

　　1 .功耗低。 GWR输出给导波探测器的信号能量小，是正常雷达发射能量[1mW]的约10%约0.1mW]。 这是因为导波为从信号到液面的往返传输提供了有效的通路，使信号衰减保持在限度，能够测量介电常数低的介质液位，而且导波雷达的功耗小，所以采用回路电力而不是单独的交流电力，大幅度节省了安装费用。

　　2 .由于信号在导波中传播不受液面变动和罐中的障碍物等的影响，所以计量器接收的返回信号的能量相应强，约为发射的能量的20% (既定的0.02mW] )，而且返回信号中的干扰性杂波信号小，除测量信号外

　　3 .介电常数的变化对测量性能没有明显的影响。 导波雷达和普通的雷达一样，使用传输时间测定介质液位，从烃类[介电常数2~3]液体表面或水[介电常数80]面反射回来的时间相同，不同的只是信号宽度[强度]的不同。 普通雷达考虑介质的影响，比较回来的各种信号很难从杂波信号中检测出真液位信号，但是导波雷达只需要测量电磁波的传输时间，不需要信号的处理和识别。

　　4、光速的电磁波一定，不需要为了改变仪表范围而进行移动，不需要现场标定，只要在现场输入相关参数就可以使用。 多个仪表在检查台几分钟就完成了构成调整，构成时，需要连接24VDC的电源，提供每个罐的测定参数。

　　5 .介质密度的变化不影响测量，介质密度的变化影响浸渍在介质中的物体受到的浮力，但电磁波在导波中传播的影响没有。

　　6、雾和泡沫对测量没有影响，电磁波不会在空间中传播，雾不会引起信号衰减，泡沫也不会散射信号而失去能量。

　　7 .介质在导波上的沉积和污染对液位测量的影响小。 介质对探针的污染对测量液位的影响分为膜状污染和桥2种。

　　膜状污垢是液面水平下降时，高粘度液体或轻油浆在探针上形成的被复层。 由于这种污垢均匀地涂复在探针上，因此对测量几乎没有影响，但是架桥性污垢的形成会引起明显的测量误差，块状或条纹状的介质污垢附着在导波体上，或者桥接在两个导波体之间，在这一点上就能测量假液位。 导波雷达液位测量技术的进一步发展可以减少或消除这种测量误差。8、导波雷达水平计的价格基本上与其他常用的水平测量仪(例如，浮动水平计等)等同，远低于正常交流电力、电磁波在空间中传播的正常雷达水平计。

　　导波雷达液位计的功能特性

　　用导波雷达液位计测量液位是合适的方法

　　导波雷达液位计测量不受水箱形状的影响

　　导波雷达液位计不受介电常数、温度、压力、密度的影响

　　不受仓库表面变动、粉尘、蒸汽、泡沫的影响

　　导波雷达液位计的测量长度可以灵活改变，不需要标定

　　测定结果为高精度、再现性、高分辨率

　　测量范围是二十四米

　　适用介质温度范围-50 600

　　适用压力范围为40bar

　　导波雷达液位计有多种探针类型和材质

　　可以选择数字显示

　　导波雷达液位计的安装

　　1 )顶部直接安装，导波雷达的导波杆直接安装在容器的上端，安装方式有螺钉和法兰两种，一般插入容器内部的导波杆的长度在设计要求的测量范围内。

　　2 )安装测量筒，导波雷达的导波杆安装在测量筒的上端，测量筒连接到容器上，一般测量筒的侧方连接口的距离在设计要求的测量范围内。

　　导波雷达液位计原理

　　从波雷达发射的高频微波脉冲沿着探测单元传播，遇到被测量介质，介电常数急剧变化，引起反射，部分脉冲能量被反射回来。 所述发射脉冲和反射脉冲的时间间隔与被测量介质的距离成比例。

　　在容器中存在两种不同的介质，上层介质的介电常数小，下层介质的介电常数大的情况下，当高频微脉冲沿探针向上层介质传播时，由于该介电常数小，所以少的能量在该层的界面反射，大部分能量在上层的因此，导波雷达是一种可以测量两种不同介质的接口，其测量条件是上层介质不导电，或者介电常数比下层介质小10以上。