雷達(dá)料位計(jì)

　　簡介

　　基本原理

　　雷達(dá)波是一種特殊形式的電磁波，雷達(dá)料位計(jì)利用了電磁波的特殊性能來進(jìn)行料位檢測。電磁波的物理特性與可見光相似，傳播速度相當(dāng)于光速。其頻率為300MHz-3000GHz。電磁波可以穿透空間蒸汽、粉塵等干擾源，遇到障礙物易于被反射，被測介質(zhì)導(dǎo)電性越好或介電常數(shù)越大，回波信號的反射效果越好。

　　KERD-800/900系列雷達(dá)料位計(jì)的頻率越高，發(fā)射角越小，單位面積上能量（磁通量或場強(qiáng)）越大，波的衰減越小，雷達(dá)料位計(jì)的測量效果越好。

　　發(fā)射－反射－接收是雷達(dá)式料位計(jì)工作的基本原理。雷達(dá)傳感器的天線以波束的形式發(fā)射最小5.8GHz的雷達(dá)信號。反射回來的信號仍由天線接收，KERD-800/900系列雷達(dá)料位計(jì)雷達(dá)脈沖信號從發(fā)射到接收的運(yùn)行時(shí)間與傳感器到介質(zhì)表面的距離以及物位成比例。

　　即：h= H–vt/2

　　式中 h為料位；H為槽高； v為雷達(dá)波速度；t為雷達(dá)波發(fā)射到接收的間隔時(shí)間

　　NIVELCO導(dǎo)波雷達(dá)料位計(jì)是依據(jù)時(shí)域反射原理( T D R T i m eDomain Reflectometry)為基礎(chǔ)的雷達(dá)料位計(jì),時(shí)域反射原理首先是用于通訊電纜的故障檢測，今天我們將導(dǎo)波雷達(dá)料位計(jì)成功應(yīng)用于工業(yè)測量領(lǐng)域。

　　先進(jìn)技術(shù)

　　1.回波處理新技術(shù)的應(yīng)用從KERD-800/900系列雷達(dá)料位計(jì)雷達(dá)料位計(jì)的測量原理可以知道，KERD-800/900系列雷達(dá)料位計(jì)雷達(dá)料位計(jì)是通過處理雷達(dá)波從探頭發(fā)射到介質(zhì)表面然后返回到探頭的時(shí)間來測量料位的，在反射信號中混合有許多干擾信號，所以，對真實(shí)回波的處理和對各種虛假回波的識別技術(shù)就成為KERD-800/900系列雷達(dá)料位計(jì)雷達(dá)料位計(jì)能夠準(zhǔn)確測量的關(guān)鍵因素。

　　2.測量數(shù)據(jù)處理：

　　由于液面波動和隨機(jī)噪聲等因素的影響，檢測信號中必然混有大量噪聲。為了提高檢測的準(zhǔn)確度，必須對檢測信號進(jìn)行處理，盡可能消除噪聲。

　　經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，采用數(shù)據(jù)平滑方法可以達(dá)到滿意的效果。此方法也可有效的克服罐內(nèi)攪拌器對測量的影響。

　　3.KERD-800/900系列雷達(dá)料位計(jì)雷達(dá)料位計(jì)的特點(diǎn)：

　　由于KERD-800/900系列雷達(dá)料位計(jì)雷達(dá)料位計(jì)采用了上述先進(jìn)的回波處理和數(shù)據(jù)處理技術(shù)，加上雷達(dá)波本身頻率高，穿透性能好的特點(diǎn)，所以，KERD-800/900系列雷達(dá)料位計(jì)雷達(dá)料位計(jì)具有比接觸式料位計(jì)和同類非接觸料位計(jì)更加優(yōu)良的性能。

　?、倏稍趷毫訔l件下連續(xù)準(zhǔn)確地測量。

　?、诓僮骱唵?，調(diào)試方便。

　?、蹨?zhǔn)確安全且節(jié)省能源。

　　④無需維修且可靠性強(qiáng)。

　　⑤幾乎可以測量所有介質(zhì)。

　　三、安裝應(yīng)注意的問題

　?。?）當(dāng)測量液態(tài)物料時(shí)，傳感器的軸線和介質(zhì)表面保持垂直；當(dāng)測量固態(tài)物料時(shí)，由于固體介質(zhì)會有一個(gè)堆角，傳感器要傾斜一定的角度。

　　（2）盡量避免在發(fā)射角內(nèi)有造成假反射的裝置。特別要避免在距離天線最近的1/3錐形發(fā)射區(qū)內(nèi)有障礙裝置（因?yàn)檎系K裝置越近，虛假反射信號越強(qiáng)）。若實(shí)在避免不了，建議用一個(gè)折射板將過強(qiáng)的虛假反射信號折射走。這樣可以減小假回波的能量密度，使傳感器較容易地將虛假信號濾出。

　　（3）要避開進(jìn)料口，以免產(chǎn)生虛假反射。

　?。?）傳感器不要安裝在拱形罐的中心處（否則傳感器收到的虛假回波會增強(qiáng)），也不能距離罐壁很近安裝，最佳安裝位置在容器半徑的1/2處。

　?。?）要避免安裝在有很強(qiáng)渦流的地方。如：由于攪拌或很強(qiáng)的化學(xué)反應(yīng)等，建議采用導(dǎo)波管或旁通管測量。

　?。?）若傳感器安裝在接管上，天線必須從接管伸出來。喇叭口天線伸出接管至少10mm。棒式天線接管長度最大100或250mm。接管直徑最小250mm?？梢圆扇〖哟蠼庸苤睆降姆椒?，以減少由于接管產(chǎn)生的干擾回波。

　　（7）關(guān)于導(dǎo)波管天線：導(dǎo)波管內(nèi)壁一定要光滑，下面開口的導(dǎo)波管必須達(dá)到需要的最低液位，這樣才能在管道中進(jìn)行測量。傳感器的類型牌要對準(zhǔn)導(dǎo)波管開孔的軸線。若被測介電常數(shù)小于4，需在導(dǎo)波管末端安裝反射板，或?qū)?dǎo)波管末端彎成一個(gè)彎度，將容器底的反射回波折射走。

　　四、應(yīng)用中存在的問題及解決方法

　　有些工況下所使用的雷達(dá)料位計(jì)，因?yàn)閭鞲衅靼惭b位置不當(dāng)及條件所致，出現(xiàn)了一些問題，下面將對一些使用中的問題提出解決方案,供大家參考。

　　1．探頭結(jié)疤和頻繁故障的解決方法第一個(gè)辦法是將探頭安裝位置提高，但是有時(shí)候安裝條件限制，不能提高的情況下，就應(yīng)采用將料位測量值與該槽的泵聯(lián)鎖的辦法，解決這一難題：將最高料位設(shè)定值減小0.5m左右，當(dāng)料位達(dá)到該最高值時(shí)，即可停進(jìn)料泵或開啟出料泵。

　　2．KERD-800/900系列雷達(dá)料位計(jì)雷達(dá)料位計(jì)被淹相應(yīng)的改進(jìn)辦法

　　解決這種問題的辦法是將雷達(dá)料位計(jì)改為導(dǎo)波管式測量。仍在原開孔處安裝導(dǎo)波管式雷達(dá)料位計(jì)，導(dǎo)波管高于排汽管0.2m左右， 這樣一來，即使出現(xiàn)料漿從排汽管溢出的惡劣工況，也不會使料位計(jì)天線被料漿淹沒，而且避免了攪拌器渦流的干擾及大量蒸汽從探頭處冒出，減少了對探頭的損害，同時(shí)由于導(dǎo)波管聚焦效果好，接收的雷達(dá)波信號更強(qiáng)，取得了很好的測量效果。使用導(dǎo)波管測量方式，可以改善表計(jì)測量條件，提高儀表測量性能,具有很高的推廣應(yīng)用價(jià)值。

　　3．關(guān)于泡沫對測量的影響：

　　干泡沫和濕泡沫能將雷達(dá)波反射回來，對測量無影響；中性泡沫則會吸收和擴(kuò)散雷達(dá)波，因而嚴(yán)重影響回波的反射甚至沒有回波。當(dāng)介質(zhì)表面為稠而厚的泡沫時(shí)，測量誤差較大或無法測量，在這種工況下，雷達(dá)料位計(jì)不具有優(yōu)勢，這是其應(yīng)用的局限性。

　　4．對于天線結(jié)疤的處理：

　　介電常數(shù)很小的掛料在干燥狀態(tài)下對測量無影響，而介電常數(shù)很高的掛料則對測量有影響?？捎脡嚎s空氣吹掃（或清水沖洗），且冷卻的壓縮空氣可降低法蘭和電器元件的溫度。還可用酸性清洗液清洗堿性結(jié)疤，但在清洗期間不能進(jìn)行料位測量。

　　特點(diǎn)

　　NIVELCO 導(dǎo)波雷達(dá)料位計(jì)是測量料位的最佳方法;導(dǎo)波雷達(dá)料位計(jì)測量不受罐體形狀的影響；也不受介電常數(shù)、溫度、壓力與密度的影響；導(dǎo)波雷達(dá)料位計(jì)的測量長度可以靈活變更，無須標(biāo)定；測量結(jié)果具有高精度、可重復(fù)性、高分辯率；NIVELCO導(dǎo)波雷達(dá)料位計(jì)的測量范圍可達(dá)24米，適用的介質(zhì)溫度范圍-50℃∽+250℃，適用的壓力范圍高達(dá)40bar；導(dǎo)波雷達(dá)料位計(jì)有多種探頭類型和材質(zhì)可供選擇；數(shù)字化顯示和防爆認(rèn)證可供選擇。

　　應(yīng)用指南

　　雷達(dá)料位計(jì)適用于酸堿儲罐、漿料儲罐、固體顆粒、小型儲油罐。各類導(dǎo)電、非導(dǎo)電介質(zhì)、腐蝕性介質(zhì)。如煤倉、灰倉、油罐、酸罐等

　　不同類型雷達(dá)料位計(jì)

　　KERD-800/900系列雷達(dá)料位計(jì)導(dǎo)波雷達(dá)料位計(jì)的技術(shù)優(yōu)勢：雷達(dá)料位計(jì)對液體、顆粒及漿料連續(xù)物位測量。測量不受介質(zhì)變化、溫度變化、惰性氣體及蒸汽、粉塵、泡沫等的影響。雷達(dá)料位計(jì)的精度為5mm，量程60米，耐250度高溫、40公斤高壓，雷達(dá)料位計(jì)適用于爆炸危險(xiǎn)區(qū)域。[2]

　　調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)料位計(jì)的技術(shù)優(yōu)勢：用于液體或固體的非接觸液位變送器 不受電導(dǎo)常數(shù)，溫度，壓力和密度變化影響， 雷達(dá)料位計(jì)的精度可達(dá)±1mm 測量范圍可達(dá)100m ，罐底跟蹤（TBF）方式用于測量低電導(dǎo)常數(shù)，介質(zhì)法蘭溫度可達(dá)250ºC 介質(zhì)溫度-60ºC—600ºC 壓力可達(dá)64bar HART，通訊方式PA，F(xiàn)F，RS485 ATEX爆炸測試認(rèn)證。

　　高頻雷達(dá)物位計(jì)

　　前已成為市場上的主流產(chǎn)品目，主要分為KERD-800/900系列雷達(dá)料位計(jì)脈沖雷達(dá)物位計(jì)和導(dǎo)波雷達(dá)物位計(jì)。低頻脈沖雷達(dá)物位計(jì)盡管具有價(jià)格相對低廉的優(yōu)點(diǎn)，但在主要應(yīng)用領(lǐng)域中，屬于逐漸被淘汰的產(chǎn)品。與低頻脈沖雷達(dá)物位計(jì)相比，高頻脈沖雷達(dá)物位計(jì)在應(yīng)用過程中有以下優(yōu)點(diǎn)：[3]

　　1．KERD-800/900系列雷達(dá)料位計(jì)高頻雷達(dá)物位計(jì)（主要指26GHz和24GHz）具有能量高，波束角小，天線尺寸小，精度高等優(yōu)點(diǎn)。

　　2.26GHz雷達(dá)波長11mm，6GHz雷達(dá)波長50mm，雷達(dá)物位計(jì)在測量散裝料位時(shí)，雷達(dá)波反射主要來自料面的漫反射，漫反射的強(qiáng)度與物料大小成正比，與波長成反比，而大部份散裝料直徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于50mm，這就是目前26GHz雷達(dá)是測量散裝料物位最佳選擇的原因。

　　3．在一些直徑小而高度并不是很高的小型罐的應(yīng)用中，6GHz雷達(dá)天線長（300-400mm）無形中增大了盲區(qū)（大約600mm），另外由于6GHz雷達(dá)方向性差（開角大）在小罐中會產(chǎn)生多徑反射；而26GHz雷達(dá)頻率高，天線短，方向性好，克服了6GHz雷達(dá)的缺點(diǎn)，適用于小罐測量。[4]

　　4．由于現(xiàn)場環(huán)境惡劣，隨著時(shí)間推移，雷達(dá)天線會堆積污物、水汽等，26GHz雷達(dá)天線小，附加天線罩可大大改善因污物、水汽造成的影響；6GHz雷達(dá)天線大，加天線罩很困難。且儀表較沉重，清理困難。

　　5．由于26GHz雷達(dá)方向性好，很多惡劣工況，可通過簡單隔離，將KERD-800/900系列雷達(dá)料位計(jì)雷達(dá)物位計(jì)裝在容器外進(jìn)行測量

　　優(yōu)點(diǎn)

　　雷達(dá)料位計(jì)的優(yōu)點(diǎn)

　　雷達(dá)料位計(jì)是非接觸式測量或TDR導(dǎo)波式測量

　　雷達(dá)料位計(jì)應(yīng)用電磁脈沖進(jìn)行快速測量，精度高，抗干擾能力強(qiáng)

　　耐腐蝕（探頭大多采用316不銹鋼或PVDP等材料）

　　耐壓高（40Kg/cm2）

　　耐溫高（200℃）

　　雷達(dá)料位計(jì)的注意事項(xiàng)

　　雷達(dá)料位計(jì)對于安裝空間有一定的要求

　　注意介質(zhì)的介電常數(shù)，并依據(jù)介電常數(shù)的大小選擇適合的型號

　　技術(shù)參數(shù)

　　KERD-900HA/HB/HC系列導(dǎo)波雷達(dá)料位計(jì)的技術(shù)參數(shù)如下：

　　精度 液體：量程小于15m時(shí)，±0.1mm；量程大于15m時(shí)，測量值±0.2%

　　固體：20mm±0.05%

　　溫度飄移 0.01%/℃

　　重復(fù)性 1mm

　　介質(zhì)溫度 -50～250℃

　　法蘭溫度 -30～200℃/-30～150℃防爆型

　　環(huán)境溫度 -30～60℃/-30～55℃防爆型

　　耐壓 40bar

　　表頭顯示 LCD可選

　　標(biāo)準(zhǔn)輸出 4～20mA/HART

　　故障診斷輸出 22mA

　　供電 18～35VDC/ 小于28VDC防爆型

　　外殼材料 鑄鋁還氧涂層

　　防護(hù)等級 NEMA(IP68)

　　防爆 ATEX II 1G 或II 1/2 D T 100℃ EEX ia II C T6...T3或EEX ia II B T6...T3

　　重量 2Kg(無探頭)