JDRD812GBYPABANA雷达液位计公司

　　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。

　　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。

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　　雷达是基于时间行程原理的测量仪表，雷达波以光速运行，运行时间可以通过电子部件被转换成物位信号。探头发出高频脉冲并沿缆绳传播，当脉冲遇到物料表面时反射回来被仪表内的接收器接收，并将距离信号转化为物位信号。

　　反射的脉冲信号沿缆绳传导到仪表电子线路部分，微处理器对此信号进行处理，识别出微波脉冲在物料表面所产生的回波。正确的回波信号识别由软件完成，距离物料表面的距离D与脉冲的时间行程T成正比:D=C×T/2 其中C为光速因空罐的距离E已知，则物位L为:L=E-D

　　通过输入空罐高E（=零点），满罐高F（=满量程）及一些应用参数来设定，应用参数将自动使仪表适应测量环境。对应于4－20mA输出。

　　液体及固体测量，复杂过程条件。

　　参数:          工作频率:6.8GHZ

　　测量范围:缆式:0-30m；杆式、同轴式:0-6m

　　重复性:±3mm

　　分辨率:1mm

　　采样:回波采样55 次/s

　　响应速度:>0.2S（根据具体使用情况而定）

　　输出电流信号:4-20mA

　　精度:特殊工况定制解决方案

　　高温熔体（>400℃）测量采用水冷法兰（流量2m³/h），波导延伸管耐温800℃。强粘附性介质使用自清洁天线，维护周期延长至6个月。卫生型设计符合3A标准，Tri-Clamp接口表面粗糙度Ra<0.8μm。最新蓝宝石透波窗口可测ε<1.4介质。

　　一.产品优势:ZKHH-LD-YWJ-DB 导波雷达液位计的电磁脉冲以光速沿钢缆或探棒传播，当遇到被测介质表面时，部分脉冲被反射回来形成回波，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，回波的性和振幅取决于上层介质与下层介质的介电常数εr。一般来讲，上层的介质通常为气体，其介电常数接近εr1.0，下层被测介质的介电常数较高。

　　应     用:液体

　　测量范围:10米

　　过程连接:螺纹、法兰

　　过程温度:-20-220℃

　　过程压力:-1.0-40bar

　　精      度:< 0.1%

　　分  辨  率:1mm

　　重  复  性:±3mm频率范围:100MHZ-1.8GHZ

　　防爆等级:Exd II BT4

　　防护等级:IP68

　　信号输出:4…20mA/HART(两线)

　　主要规格产品5301 型用于测量液位或界面（界面测量适合于*浸入导波杆）。

　　5302 型用于测量液位和界面。

　　5303 型用于测量固体物位。测量原理 时域反射原理 (TDR)测量范围 长达 164 ft. (50 m)介电常数使用安装在旁通管的同轴导波杆或单缆导波杆测量时小为 1.2，其他导波杆为 1.4。请参阅 《产品数据表》了解完整的数据规格。导波杆材质不锈钢、 合金400 、 合金C276 (UNS N10276) 或 PTFE 涂层的不锈钢参考精度±3 mm (± 0.1 in. ) 或 ± 0.03% 测量距离，以者为准重复性±1 mm (± 0.04 in.)输出模拟量4-20mA叠加HART® 信号

　　FOUNDATION® 现场总线

　　Modbus过程温度 752 ºF (400 ºC)。请参阅 《产品数据表》了解完整的数据规格温度-320 ºF (-196 ºC)过程压力模拟量4-20mA叠加HART® 通讯 和 FOUNDATION® 现场总线防爆认本质 (IS) 或防爆/防火认（ATEX、CSA、IECEx、FM...）显示单元5 位集成式显示器（可选）输出变量液/料位，界面，空高，界面距离，上部产品厚度，体积，液位速率，信号强度，壳体内部温度，百分比量程外壳带双腔室的聚氨酯涂层模铸铝制或不锈钢 外壳。外壳防护等级Type 4X、IP66、IP67现场总线功能链路主设备（备用 LAS），PlantWeb 警报信息，设置向导现场总线模块资源模块、3 个转换模块、6 个模拟输入 (30 ms)、PID (40 ms)模块、计算模块、输入选择器、输出选择器 (65 ms)、信号表征器 (75 ms)组态工具罗斯蒙特 Radar Master、375 现场手持通讯器、AMS Suite:智能设备管理器、DeltaV 或其他兼容 DD 或 EDDL 的主机系统。