ULS56PBJC2BAMA导波雷达料位计电话
雷达物位传感器的测量原理
雷达物位传感器基于时域反射(TDR)原理,通过发射26GHz或80GHz高频电磁波并计算回波时间差实现物位测量。电磁波在空气中传播速度接近光速(3×10⁸m/s),1ns的时间分辨率对应15cm的测量精度。某石化储罐实测显示,80GHz传感器对ε=1.8的柴油测量误差仅±2mm,比超声波传感器精度提高5倍。最新相位干涉技术可识别0.1°的相位变化,将分辨率提升至0.1mm级。传感器通常采用FFT算法处理回波信号,能在-40~200℃环境稳定工作。
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。
文章结合导波雷达液位计在环己烷罐液位测量应用及故障处理实例,总结了导波雷达液位计维护经验工仪表供参考和借鉴。
设备简介及工艺生产状况
1、设备简介
昌晖导波雷达液位计由雷达变送器和导波探杆两部分构成,为两线制仪表。导波雷达变送器匹配的探杆形式有同轴杆式、防腐蚀护套杆式和单缆式三种。
导波雷达液位计的高频振荡器周期性发射低功率毫微秒级微波脉冲,通过浸入工艺介质的探杆引导雷达波脉冲向下传导,当雷达脉冲抵达具有不同介电常数的介质接触界面时,部分能量被反射回变送器。反射强度取决于被测产品的介电常数。介电常数越高,反射强度越大。根据发射脉冲(参考脉冲)与接受到反射脉冲之间的时间差被换算成距离,由此计算出总体液位或界面位置。计算公式为:L=C×t/2,公式中L为基准面到液面间的距离,单位为m;C为雷达波传递速度,单位为300000km/s;t为雷达波从发射到接收反射回波的时间间距,单位为s。
传感器接收到微波有固定回波、界面反射波及其他杂波。一般通过设置阈值参数、介电常数、灵敏度来屏蔽掉固定回波及杂波,从而测量的准确。导波雷达液位计为智能型仪表,带有HART通讯功能、回路测试功能及自诊断功能。
2、工艺生产状况
以醇酮装置罐体04LT2102导波雷达液位计为例 。04LT2102用于测量原料罐罐体液位,其测量值传递到DCS系统后,系统里的自动调节回路根据工艺条件的变化对罐体原料液位进行调节,目前大部分石化装置的罐体液位测量都采用导波雷达液位。
导波雷达液位计典型故障分析处理
故障一:参数设置错误,仪表出现问题
由于导波雷达液位计安装后不具备调试条件,售后服务人员采用“盲设定”方法(即不需要实际介质、根据仪表设计数据表的介质物理参数直接标定的方法)设置仪表参数,到醇酮装置水联运时,发现部分导波雷达液位计指示不准。
分析处理:按照经验,先检查导波雷达液位计参数设置。通过HART475与变送器通讯后查看参数设置情况,经过检查导波雷达液位计常用参数设置,发现该仪表参数设置错误,修正参数后观察一段时间后指示正常无误。
故障二:导波管上部憋压,导致管内页面不能上升
在现场共有5台导波雷达液位计在液位升到一定值后变化缓慢直到液位无变化,而现场确认容器内连续进料,现场磁翻板液位计液面仍在上升。
分析处理:首先检查确认导波雷达液位计的参数设置正常,排除仪表参数设置的故障问题。然后,检查仪表安装现场,仔细观察发现,导波雷达液位计为顶部安装,容器为常压,为了达到较好的使用效果,在容器内设计了DN80的导波管。在打开连接法兰时,发现液位计导波管内带压,此时液位变化正常。由此判断导波管上部憋压,导致液位上升到一定位置后不能再上升了。在水联运后确认判断正确,开气相补偿孔处理后液位计工作正常。
故障三:导波雷达液位计钢缆碰壁
在装置开工投料过程中,发现导波雷达液位计波动较大,在20%-65%之间跳变。再次确认导波雷达液位计参数设置正确。通过对一次表及传感器进行联校,参数指示正常,排除一次表及传感器的故障。
分析原因:
①出料泵P41105设计功率较大,在投料过程或装置进入状态时,出料泵回流量达到240m3/h左右,而导波雷达液位计为单缆式,造成导波缆绳摆动过大而碰壁。同时有导波缆绳下挂重锤配重太轻的可能。
②固定在容器内的DN80导波管过长,达9米,可能存在受力后弯曲,导致导波缆绳离管壁距离过近,容易碰壁。
处理措施:由于容器无现场液位计,装置生产需要,决定采用临时测量手段解决过程液位测量问题,采取在容器及所附设备上取静压的方式满足生产,如图1所示。考虑容器内密封氮气压力恒定,停车退料泵P41103在生产时不使用,在其出口处采用现场差压变送器表取压力,在DCS系统上显示液位,同时在现场YR-ER101差压变送器面板上交替显示液位与压力。等到装置停车改造时校正导波管,并增加导波管支撑,增加重锤配重后。再次开车确认导波雷达液位计工作正常。
图1 环己烷罐进出料工艺流程图
导波雷达液位计是一种适应性强,安装调试方便,维护工作量小的优秀智能仪表。可以广泛应用与石油化工生产的容器液位测量,其测量效果也是比较显著。在实际应用中,应该注重过程的维护,严格按照 《导波雷达液位计使用说明书》进行安装操作,以免引起重大事故的发生。
点击图片进入导波雷达液位计选型页面
导波雷达液位计维护经验
下面昌晖仪表总结几点维护经验仅供技术人员的参考:
1、反复了解工艺流程,联系DCS控制系统,准确设置导波雷达液位计参数。
2、熟悉导波雷达液位计本身的性能,了解其结构特征及现场使用的环境。
3、充分分析导波雷达液位计安装的实际工艺情况,区分是工艺的原因还是仪表本身的原因。
4、在现场处理时,将导波雷达液位计与同一罐体其他液位仪表进行分析比对,增加故障判断的依据,可以有效提高导波雷达液位计故障处理的速度和准确度。在没有其它液位仪表时,建议增设,比较重要的地方除了要求采取现场指示外还应该同时增加远传功能,如采用双法兰液位计或磁翻板液位计。
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一、智能高频雷达物位计原理
JDD90系列智能高频雷达物位计装有天线装置,是依据时域反射原理(TDR)为基础的雷达物位计。不论智能高频雷达物位计还是导波雷达物位计,都靠天线发射窄的微波脉冲,这个脉冲以光速在空间传播,遇到被测介质表面,其部分能量被反射回来,被同一天线接收。发射脉冲与接收脉冲的时间间隔与天线到被测介质表面的距离成正比。由于电磁波的传播速度高,发射脉冲与接受脉冲的时间间隔很小(纳秒量级)很难确认。JDD90系列智能高频雷达物位计采用一种的相关解决技术,可以准确识别发射脉冲与接收脉冲的时间间隔,从而进一步计算出天线到被测介质表面的距离。
二、智能高频雷达物位计特点
- 波束角小,发射频率大,能量集中,具有更强抗干扰能力,大大提高了测量精度和性;
- 天线尺寸小,便于安装和加装防尘罩等天线防护装置;
- 测量盲区更小,对于小罐测量也会取得良好的效果;
- 波长更短,对小颗粒物质的料位测量更适合。
雷达液位计在成品油的典型应用案例
雷达液位计在成品油行业,主要是针对原油库、汽油罐、柴油罐、天然气罐等容器内液体介质的测量。以下是慧博新锐雷达液位计在成品油的典型应用:
雷达液位计测量铝液的典型案例
实践是检验真理的唯一标准。无论是仪表,还是仪器,口头上说可以用在某种介质上,总没有那么信服。若可以展示真实的案例,也许大家才能真的相信。
众所周知雷达物位计应用广泛,几乎各行各业都有它的身影,那么今天继续给大家分享实际案例,结合案例,了解实际测量中都会遇到哪些问题又是如何解决的。
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雷达物位计工作原理:微波物位计工作方式类似雷达:向被测目标发射微波,由目标反射的回波返回发射器被接收,与发射波进行比较,确定目标存在并计算出发射器到目标的距离。
相关参数:工作电源:AC220V±10% 或 DC24V功耗: 5W 显示方式:光柱显示测量:≤±1% F·S传感器防护等级:IP65仪表工作环境温度: -40~45℃探工作(介质)温度: 普通型: -20~60℃中温型: -40~200℃ 高温型: -40~800℃介质压力: 压力型≤3MPa(其余型号为常压)传感器与二次仪表的连线及距离:距离 <200m,用直径1.5mm 以上的导线(是双绞线)连接,每条导线电阻应小于3 欧姆检测范围: ≤11000p报警输出方式:两组继电器常开、常闭触点,对应高、低两点输出,分别可选物位的 90%、80%、70% 和 30%、20%、10% ,出厂是置于80%和20%处。(触点容量AC250V,0.3A;DC28V,0.5A;电阻负载)变送输出:4~20mA二次仪表外型尺寸: 48(宽)× 96(高)× 112(深)二次仪表开孔尺寸: 43+1(宽)× 91+1(高)
雷达物位计是物位仪表一种常用产品类型,具有测量、性能稳定、性高、维护简便、适用范围广等优点。可安装于各种金属、非金属容器或管道内,对液体、浆料及颗粒料的物位进行测量,适用于粉尘、温度、压力变化大、有惰性气体及蒸汽存在的场合。那么,雷达物位计的种类和应用具体有哪些呢?
一、产品分类
按工作方式划分,雷达物位计可分为接触式雷达物位计和非接触式雷达物位计,具体如下:
1.非接触式(射空雷达) 雷达物位计
非接触式雷达物位计常用喇叭或杆式天线来发射与接收微波,仪表安装在料仓顶部,不与被测介质接触,微波在料仓上部空间传播与返回。
非接触式雷达物位计,按照微波的波形又可分为脉冲雷达物位计和调频连续波雷达物位计。
2.接触式雷达物位计
接触式雷达物位计一般采用金属波导体(杆或钢缆)来传导微波,仪表从仓顶安装,导波直达仓底,发射的微波沿波导体外部向下传播,在到达物料面时被反射,沿波导体返回发射器被接收。
这种可以通过导波线或导波杆直接接触所测物料来测量的接触式雷达物位计,主要是导波雷达物位计,根据其采用的金属波导体不同,又可进一步细分为:缆式(单/双)、杆式(单/双)和同轴导波雷达物位计。
相比接触式雷达物位计,非接触式雷达物位计具有安装简单、维护量少、使用方式灵活、不受仓内粉尘、温度等因素的影响等优点,是近年来发展快的一种测量仪器。
二、技术原理
1.脉冲雷达物位计
脉冲雷达物位计将发射微波脉冲,以光速(在空气中)传播,碰到被测介质表面(介电常数大于传播介质的介电常数),部分微波被反射回来(反射量取决于料面平整度/介电常数大小),被同一天线接收,介质的反射量(率)越大,信号就越强,越好测量;反射量(率)越小,信号就越弱,越容易受干扰。准确的识别发射脉冲与接收脉冲的时间间隔△t,从而进一步计算出天线到被测介质表面的距离D。
脉冲雷达原理图
2.调频连续波雷达物位计
FMCW雷达用24GHZ作为测量基频(载频),2GHZ为调节频宽, 整个扫描时间为7ms,完成一次线性扫描,信号发射后,经过一定的时间延迟后,接受到回波信号。在线性扫频中产生的时间差,将正比例液位距离,由于有许多反射波,将的回波时间进行傅立叶(FFT)变换,将时间信号转换成有一定能量的频谱,视频谱比较高和比较陡的信号为有用信号。
调频连续波雷达物位计原理图
3.导波雷达物位计
导波雷达发出高频微波脉冲沿着探测组件(钢索或者钢管)传播,当遇到被测介质时,由于介电常数突变,引起发射,一部分脉冲能量被发射回来。发射脉冲与反射回来的脉冲的时间间隔与被测介质的距离成正比。
三、应用区别
雷达物位计的应用范围很广泛,涵盖了电力、钢铁、冶金、水泥、石油化工、造纸、食品等领域,但是应用不同原理的雷达物位计,其解决的应用工况也各有不同。
脉冲雷达物位计一般可以用于大部分应用场合,主要针对圆柱形、35米以内罐体介质的液位测量;但对于球形罐或者带有搅拌功能的液体储罐,就需要使用导波雷达物位计进行测量;而针对大量程、粉尘较大的容器或储罐,就使用能量大、抗干扰能力强的调频连续波雷达物位计。
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,*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优选。
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雷达物位传感器的测量原理 雷达物位传感器基于时域反射(TDR)原理,通过发射26GHz或80GHz高频电磁波并计算回波时间差实现物位测量。电磁波在空气中传播速度接近光速(3×10⁸m/s),1ns的时间分辨率对应15cm的测量精度。某石化储罐实测显示,80GHz传感器对ε=1.8的柴油测量误差仅±2mm,比超声波传感器精度提高5倍。相位干涉技术可识别0.1°的相位变化,将分辨率提升至0.1mm级。传感器通常采用FFT算法处理回波信号,能在-40~200℃环境稳定工作。
雷达物位计的原理是发送高频脉冲进行 物位测量。测量度高,性强,复杂工况存在虚假回波的情况下,也可以准确的识别出物位的回波。
雷达物位计有很多种叫法,如液位计,料位计,其 意思大致相同是一样的。唯一的区别是根据
测量 介质不同进行区分。其中雷达物位计 可对固、液体进行测量 ,料位计则是测量固体,液位计 则是测量 液体。
型号上雷达物位计又可以分为普通和智能型以及防腐型。通常 测量液体选择导波型,测量固体和粉尘类选择智能
型,测量 盐酸,硫酸等含腐蚀性物质选择抗腐蚀型。