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雷達(dá)液位計(jì)及其構(gòu)成的測(cè)量系統(tǒng)概述
一、 概述
雷達(dá)液位計(jì)是一種利用微波而實(shí)現(xiàn)的液位測(cè)量?jī)x表，用于對(duì)儲(chǔ)罐，緩沖罐，穩(wěn)波管，旁通管中的液體，顆粒，漿料，固體的液位進(jìn)行液位測(cè)量，具有不受溫度，壓力，蒸汽的影響，也不受被測(cè)介質(zhì)物理特性變化等影響的有點(diǎn)。多年來(lái)，在電力，石化，冶金，化工等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。其特點(diǎn)在于：應(yīng)用微波實(shí)現(xiàn)測(cè)量，應(yīng)用范圍廣，可用于液體，乳狀體，熔融體等形態(tài)物體的液位測(cè)量；被測(cè)介質(zhì)可以是易燃易爆，腐蝕性強(qiáng)的高溫，高壓狀態(tài)物質(zhì)。采用數(shù)字與模擬兩種輸出方式，可以單臺(tái)或者多臺(tái)按總線式配置，方便與上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)通訊。具有智能化處理能力，有回波抑制功能，抗干擾能力強(qiáng)。儀表具有防爆功能，可以帶到現(xiàn)場(chǎng)操作。通過(guò)對(duì)不同天線的選擇，達(dá)到抗腐蝕性要求。
二、工作原理及特性
雷達(dá)液位計(jì)是按“俯視式"時(shí)間形成測(cè)量原理進(jìn)行工作的，用于測(cè)量探頭安裝處到液位表面的間距。其結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，主要由儀表外殼，過(guò)程連接和天線組成。
微波脈沖從天線出向被測(cè)介質(zhì)表面發(fā)射，發(fā)射波在液面處唄反射，反射波被同一天線接收，發(fā)射及反射波束均被采樣，經(jīng)信號(hào)處理后得到過(guò)程連接處到被測(cè)介質(zhì)表面的距離D，D正比于微波脈沖的時(shí)間行程T，即D=C*T2（C為光速）。因過(guò)程連接處到測(cè)量液位零點(diǎn)的距離E已知，由此可以算出液位高度L=E-D。
通常，雷達(dá)液位計(jì)采用工作頻率為26GHz的微波脈沖信號(hào)，測(cè)量范圍可達(dá)30M，并在30M范圍內(nèi)任意設(shè)定。其智能話程度很高，輸出4~20mA標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)并疊甲HART協(xié)議數(shù)字通信信號(hào)。對(duì)于電流輸出型，測(cè)量液位下限E點(diǎn)和測(cè)量液位上線F點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)輸出4mA和20Ma。對(duì)于數(shù)字輸出型，分別對(duì)應(yīng)物位的0%和100%。 通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)操作顯示器可把E.F等若干參數(shù)輸入雷達(dá)液位計(jì)，并存儲(chǔ)在內(nèi)部EPROM中，雷達(dá)液位計(jì)在E和F設(shè)定值之間進(jìn)行測(cè)量。
三、測(cè)量系統(tǒng)
1.單點(diǎn)測(cè)量系統(tǒng)
單點(diǎn)測(cè)量系統(tǒng)如下圖所示:
雷達(dá)液位計(jì)采用兩線制24VDC供電，可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)操作顯示器進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)組態(tài)。或者經(jīng)過(guò)接口卡，將雷達(dá)液位計(jì)傳出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，傳送至上位監(jiān)控PC機(jī)上進(jìn)行遠(yuǎn)程組態(tài)。
通過(guò)PC機(jī)可以觀察到測(cè)量曲線，看到有哪些干擾，干擾物在何位置及干擾幅度有多大，并可以啟動(dòng)干擾自動(dòng)抑制功能，是測(cè)量精度更加可靠。
2.多路測(cè)量系統(tǒng)
多路測(cè)量系統(tǒng)如圖3所示：
多個(gè)雷達(dá)液位計(jì)的模擬輸出信號(hào)通過(guò)接口模塊和轉(zhuǎn)換器，進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換及傳送，然后連接到上位監(jiān)控總線系統(tǒng)。上位監(jiān)控PC通過(guò)總線，按接口模塊的不同地址位與各個(gè)雷達(dá)液位計(jì)進(jìn)行組態(tài)和數(shù)據(jù)傳輸。
3.多路數(shù)字測(cè)量系統(tǒng)
除了上面的4~20MA輸出，雷達(dá)液位計(jì)也可以選擇帶數(shù)字輸出接頭的型號(hào)。將雷達(dá)液位計(jì)輸出連接到現(xiàn)場(chǎng)總線上。采用具有數(shù)字輸出的雷達(dá)液位計(jì)，在數(shù)據(jù)傳輸中能保證較高的測(cè)量精度，利用段耦合器將測(cè)量總線與輸出總線進(jìn)行電氣上隔離，增加了系統(tǒng)的安全性和抗干擾性。
4.雷達(dá)液位計(jì)的量程選擇
一般情況下可根據(jù)下面三種情況選擇雷達(dá)液位計(jì)的量程
4.1 當(dāng)儲(chǔ)罐液體表面平穩(wěn)時(shí)：對(duì)于介電常數(shù)小于1.4的介質(zhì)，最大量程為5M；對(duì)于介電常數(shù)大于1.4小于4的介質(zhì)，最大量程為10M；對(duì)于介電常數(shù)大于4小于10的介質(zhì)，最大量程為15M；對(duì)于介電常數(shù)大于10的液體，最大量程為30M。
4.2 當(dāng)儲(chǔ)罐液體表面有紋波時(shí)：對(duì)于介電常數(shù)小于1.4的介質(zhì)，最大量程為3M；對(duì)于介電常數(shù)大于1.4小于4的介質(zhì)，最大量程為5M；對(duì)于介電常數(shù)大于4小于10的介質(zhì)，最大量程為10M；對(duì)于介電常數(shù)大于10的液體，最大量程為15M。
4.3 在儲(chǔ)罐內(nèi)安裝穩(wěn)波管或者罐外安裝旁通管時(shí)，由于雷達(dá)液位計(jì)發(fā)射的微波沿管壁向下傳導(dǎo)，能量損失小，最大量程可以適當(dāng)擴(kuò)大。
四.安裝方式
在安裝時(shí)應(yīng)注意：發(fā)射天線中心軸線與被測(cè)介質(zhì)表面保持垂直，并與罐壁至少保證20CM的間距。避免安裝在儲(chǔ)罐中心位置，因?yàn)檫@樣會(huì)使虛假回波增強(qiáng)。盡量避開(kāi)進(jìn)料口，攪拌器等干擾源；盡量避開(kāi)震動(dòng)，高壓清洗及橫向負(fù)載。雷達(dá)液位計(jì)可以采用螺紋或者法蘭直接安裝在罐頂部，也可以安裝在導(dǎo)波管或者旁通管頂部。與傳統(tǒng)液位計(jì)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：
安裝簡(jiǎn)便，安裝費(fèi)用低，在煉油廠罐區(qū)測(cè)量應(yīng)用是，可以不用清罐，直接西永原油條件安裝，節(jié)省時(shí)間和費(fèi)用；
維護(hù)費(fèi)用低，幾乎免維護(hù)，要求備品備件少，節(jié)省勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率；
智能化，精度高，工作可靠，功能強(qiáng)大。有自檢，干擾抑制，隨時(shí)顯示，檢查輸出電流值，人工模擬輸出液位計(jì)等功能。輸出數(shù)字信號(hào)可以進(jìn)行通訊，保證系統(tǒng)升級(jí)。