隨著檢測手段的提高，檢測技術(shù)的發(fā)展，新的物位檢測方式不斷涌現(xiàn)。以核輻射物位計、微波物位計、激光物位計為代表的物位測量儀表進(jìn)入市場，多數(shù)應(yīng)用到環(huán)境惡劣、高溫高壓等情況下的物位檢測。而微波物位計（也稱雷達(dá)物位計）由于測量精度高、超群的耐高溫高壓的能力以及采用了非接觸的測量方式，使安裝使用簡易方便，其較高的可靠性已成為了石油及石化系統(tǒng)儲運罐區(qū)液位過程監(jiān)測的首選儀表。

 

1、雷達(dá)物位計工作原理

 

雷達(dá)物位計利用回波測距原理，其喇叭狀或桿狀天線向被測物料面發(fā)射微波，微波傳播到不同相對介電率的物料表面時會產(chǎn)生反射，并被天線所接收。發(fā)射波與接收波的時間差與物料面與天線的距離成正比，測出傳播時間即可得知距離。雷達(dá)物位計按使用微波的波形可分為調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)物位計和脈沖波雷達(dá)物位計。

 

① 調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)物位計原理

 

調(diào)頻連續(xù)波物位雷達(dá)采用FMCW（頻率調(diào)制/連續(xù)波）體制，安裝在罐頂物位計通過天線向物面發(fā)射經(jīng)頻率調(diào)制的電磁波信號，被測表面返回的信號被發(fā)射天線接收，并與天線發(fā)射的瞬時頻率信號比較。由于信號的頻率按照一定規(guī)律不斷變化，因此比較信號頻率與天線到物面的直線距離成比例。綜合測量信號與油罐形狀參數(shù)，進(jìn)行幾何處理，就可以得到精確的物位高度和剩余量信息。主要用于高精度的高端產(chǎn)品，測量精度可以達(dá)0.1%FS，甚至更高。

 

② 脈沖波雷達(dá)物位計原理

 

雷達(dá)物位計天線發(fā)射極窄的微波脈沖（例如：26G頻率雷達(dá)，即：發(fā)送一個△t時間（一般為1ns）的脈沖，疊加26GHZ的正弦波信號），這個脈沖以光速在空間傳播，碰到被測介質(zhì)表面，其部分能量被反射回來，被同一天線接收。發(fā)射脈沖與接收脈沖的時間間隔與天線到被測介質(zhì)表面的距離成正比。由于其發(fā)射脈沖與接收脈沖的時間間隔非常小，一般都采用時間拓展技術(shù)，并采用多次測量求平均的方法獲得最終結(jié)果。這種測量技術(shù)決定了其精度為0.2%-0.3%。

 

2、雷達(dá)物位計的應(yīng)用領(lǐng)域

 

雷達(dá)物位計具備非接觸、低保護(hù)、不掛料、抗粘貼、高性能、高可靠性，運用生存的年限長等優(yōu)勢，在與電容、重錘等接觸式儀表對比，具備無可比擬的優(yōu)良性。由于微波是電磁波，以光速傳播且不受介質(zhì)特性影響，所以在一些有溫度、壓力、蒸汽等場合，超聲波物位計不能正常工作，而雷達(dá)物位計可以使用。即使極限溫度、極限壓力、強(qiáng)腐蝕介質(zhì)、易揮發(fā)介質(zhì)、帶攪拌渦流、結(jié)垢掛料及高度飛塵粉塵等工況下也能可靠測量。

 

雷達(dá)物位計應(yīng)用領(lǐng)域

 

① 化工與石化儲存容器及工藝儲罐；

 

② 制藥業(yè)反應(yīng)器；

 

③ 食品與飲料制造業(yè)；

 

④ 煉油工藝容器；

 

⑤ 水及污水處理；

 

⑥ 水電力發(fā)電及水壩；

 

⑦ 水泥、粉末、木片屑及其它固料測量應(yīng)用。

米科雷達(dá)物位計

 

3、雷達(dá)物位計的選型和安裝使用

 

3.1 雷達(dá)物位計選型注意事項

 

① 接收天線掛料問題蒸汽帶料和大多數(shù)料漿都具備很強(qiáng)的粘貼性，雷達(dá)物位計會碰到接收天線掛料的問題。掛料對介電常數(shù)小的介質(zhì)沒有影響，對介電常數(shù)大的介質(zhì)會有影響。在接收天線近旁引入高壓風(fēng)對接收天線吹掃，可以避免掛料。也可選用帶PTFE的防塵罩，常溫狀況下，只需用分子化合物塑料薄膜罩在接收天線上，定期徹底整理掛料即可。

 

② 固態(tài)料位的檢測固態(tài)料面不平整，反射信號復(fù)雜，尤其是氣動輸送的粉狀料位。固然理論上粉塵對雷達(dá)物位計沒有影響，但數(shù)量較多的粉塵也能萌生散射，影響回波。這里可選用導(dǎo)波雷達(dá)物位計解決這一問題，導(dǎo)波雷達(dá)物位計已成功應(yīng)用在成品倉的料位檢測中。但導(dǎo)波雷達(dá)的導(dǎo)波纜索又容易被結(jié)實又硬的物料毀壞，在石灰?guī)r倉料位檢測中就碰到這樣的問題，可選用杭州米科的高頻雷達(dá)物位計，因為其發(fā)射角小，回波信號好，抗干擾性能大大增長，固態(tài)甚至于氣動輸送的粉料也能獲得正確檢測。

 

③ 帶有蒸汽的物位檢測實際應(yīng)用中經(jīng)常碰到蒸汽非常大的物位檢測，如雷達(dá)物位計開始時監(jiān)測正常，運行一段時間后會出現(xiàn)指示失真（失波）現(xiàn)象，查找不出任何問題，拆卸檢查重新安裝后又恢復(fù)正常。理論上說蒸汽對雷達(dá)物位計不會有什么干擾，這正是它的長處。但通過分析認(rèn)為形成干擾的并不是蒸汽，而是凝結(jié)在發(fā)射接收天線上的蒸汽冷凝水。這時在選型時就要注意選擇棒式接收天線，這樣冷凝水順著接收天線流掉，問題就得以解決。

3.2  雷達(dá)物位計的安裝使用

 

① 雷達(dá)物位計的標(biāo)準(zhǔn)安裝

 

標(biāo)記應(yīng)指向罐壁，安裝標(biāo)記應(yīng)位于法蘭的2個螺釘孔的正當(dāng)半中腰；法蘭的定位方向，為了準(zhǔn)確認(rèn)位，在法蘭或螺絲扣上均有標(biāo)記。

 

在安裝時，此標(biāo)記務(wù)必合乎：

 

a、法蘭的指使標(biāo)記應(yīng)指向罐壁或罐的核心；

 

b、如運用導(dǎo)波管安裝，法蘭標(biāo)記應(yīng)指向開孔的一側(cè)；

 

c、如運用旁通管安裝，法蘭標(biāo)記應(yīng)與指向連通管的一側(cè)。

 

智能雷達(dá)物位計在運用過程中，回波信號的幅度表清楚安裝位置是否最佳，在固體料應(yīng)用場合假如回波信號幅度較低可轉(zhuǎn)動法蘭，每每轉(zhuǎn)動一個孔位使干擾回波達(dá)到最小。

 

另外還可以經(jīng)過虛假回波儲存，達(dá)到最好檢測效果。具體操作步驟如下：

 

a、在敞開儲罐的過程連接之前，務(wù)必明確罐內(nèi)無壓力，并無有害媒介。

 

b、應(yīng)明確器皿內(nèi)空罐或料位剛好遮蓋罐底的狀況下實施定位調(diào)試，料位較少的情況下也可進(jìn)行定位調(diào)試；可經(jīng)過虛假回波儲存，對雷達(dá)物位計回波信號進(jìn)行優(yōu)化。

 

c、將法蘭標(biāo)記轉(zhuǎn)動一個孔位，或?qū)⒙萁z扣轉(zhuǎn)動1/8圈，注意回振幅度，接著旋轉(zhuǎn)法蘭或螺絲扣，一直到轉(zhuǎn)動一圈截止，在回波信號最佳位置定位。

 

d、在最優(yōu)位置固定好法蘭或擰緊螺絲扣，若有不可缺少，改易嚴(yán)密封閉圈。

 

② 安裝注意事項

 

a、天線平行于測量槽壁，利于微波的傳播。

 

b、安裝位置距槽壁距離應(yīng)＞30cm，以免將槽壁上的虛假信號誤做回波信號。

 

c、盡量避開下料區(qū)、攪拌器等干擾源，使波束范圍內(nèi)無固定物，提高信號的可信度。

 

d、接管直徑應(yīng)≤屏蔽管長度（100mm或250mm）。

 

4、雷達(dá)物位計在測量時常見問題及處理方法

 

如今雷達(dá)物位計已成為一種常用的測量工具，這是由于它具有測量精度高、不接觸介質(zhì)、維護(hù)方便、安裝簡單等優(yōu)良的性能特征，因此也越來越多地應(yīng)用于：

 

① 物面波動劇烈的動態(tài)罐介質(zhì)的物位；

 

② 溫度高，壓力高介質(zhì)的物位；

 

③ 罐內(nèi)高粘度介質(zhì)（如瀝青，原油等）的物位；

 

④ 有毒、有害、易揮發(fā)的不穩(wěn)定介質(zhì)的物位。

 

但雷達(dá)物位計在測量以上介質(zhì)物位時會遇到精度不準(zhǔn)的問題，下面來了解一下影響精度的因素及解決方法。

 

① 雷達(dá)物位計接收反射波能的數(shù)量依賴于被測介質(zhì)的反射特性，反射率取決于被測介質(zhì)的傳導(dǎo)率和介電常數(shù)兩特性，介電常數(shù)低，傳導(dǎo)率低的液體反射信號弱，信號衰減嚴(yán)重，因此，雷達(dá)物位計測量物位時，一定要考慮發(fā)射電磁波信號源的功率強(qiáng)弱。

 

② 被測介質(zhì)的液位波動或泡沫散射會引起信號減弱，因此要提高信號源的功率或加導(dǎo)波管。

 

③ 被測介質(zhì)的罐內(nèi)有障礙物時，會產(chǎn)生虛假信號，影響雷達(dá)物位計的正常工作，為此要采用功能強(qiáng)的微處理器進(jìn)行復(fù)雜的信號處理。同時，在安裝時盡量避免罐內(nèi)的障礙物。

 

④ 雷達(dá)物位計的安裝應(yīng)盡量使天線發(fā)射的電磁波垂直于被測介質(zhì)的液面，同時要使天線盡可能多接收到液面反射波。

 

⑤ 雷達(dá)物位計在測量罐頂時，應(yīng)使液面與天線保持一段距離，這是為了防止被測介質(zhì)對天線會有腐蝕性。同時在測量罐底液位時，發(fā)射波可能穿透罐底液面，打到罐底，這樣反射回來的波就是干擾波?；蛘弋?dāng)罐底為凹形或錐形時，當(dāng)液面低于此點時，雷達(dá)物位計也無法測量。所以在信號處理的問題上，要注意限值的選定。

 

⑥ 雷達(dá)物位計在不同的工況中應(yīng)選擇不同形狀的天線。為避免罐壁、罐內(nèi)干擾物產(chǎn)生干擾，建議選用導(dǎo)波管來避免干擾回波。

 

⑦ 使用故障集中在以下幾方面：

 

a、探頭或喇叭口結(jié)晶，尤其在冬季環(huán)境溫度低時易發(fā)生。

 

處理方法：去除結(jié)晶，用酸性清洗液清洗；采用合適的伴熱或吹掃氣吹掃延長結(jié)晶時間。

 

b、干擾大，產(chǎn)生假液（物）位。

 

處理方法：改變介電常數(shù)設(shè)置，減少干擾回波；加強(qiáng)屏蔽處理及接地，減少干擾源的存在。

 

c、雷達(dá)液位計的空高值雖然是一個測量固定值，但如果原輸入的數(shù)據(jù)測量有誤也會造成最終DCS系統(tǒng)界面顯示不準(zhǔn)。如果條件允許，建議對罐體進(jìn)行1次雷達(dá)空高值的準(zhǔn)確測定。

 

雷達(dá)物位計作為一種應(yīng)用廣泛的物位檢測儀表，有眾多長處?？v然背景溫度、壓力變動非常大，有惰性氣體及揮發(fā)存在，雷達(dá)物位計也能夠應(yīng)用。雷達(dá)物位計波束能量較低，對人體不會導(dǎo)致?lián)p害。但雷達(dá)物位計也存在一定限制性。主要表現(xiàn)在介電常數(shù)對雷達(dá)的影響上。盡管雷達(dá)在真空中衰減極小，但在空氣中卻會遭受影響。特別是當(dāng)空氣中包括高介電性的粉塵面子（青灰，鐵合金等）、水氣非常大等情況，會對雷達(dá)導(dǎo)致一定程度衰減，影響監(jiān)測效果。