雷達液位計的精度高,工作溫(wēn)度範圍寬,大工作壓力可達4MPa,測量範圍為0-40m。通過采用不同的天線形式及導波管的應用能夠滿足測量大部分儲(chǔ)罐液位的要求。
1.工作原理及分類
滿足貿易交接計量精度(±1mm)的雷達都(dōu)是非接觸式雷達液位計。從測量原理(lǐ)上(shàng)基(jī)本分為2大類(lèi):
(1)基於時間差法(time of flight):天線發射以光速傳播的電磁波,當滯後一段時間電磁波碰到液麵後,會反射回來。距離與滯後時間成正比(bǐ),儀表通過測出從發(fā)射到接受之間的滯後時間,來確定設定麵與反射麵之間的距離(空高)。
(2)複(fù)合(hé)調頻式原理(FMCW)。線性調頻的等(děng)幅微波信號通過天線發射出去,遇到障礙物時被反射(shè)回來,延遲一段時間後,儀表(biǎo)接受被反(fǎn)射回來的微波(bō)信號,並與部分發射波混頻。混頻輸出信號(hào)的頻率(lǜ)與被測距離成(chéng)正(zhèng)比。當固(gù)態源的調製(zhì)頻率和頻偏一定時,隻要測出差頻頻率,通過信號處理技術就可以計算得到距離(空高)。
2.液位測量影響因素
2.1罐內溫度對儀表測量精度的影響
雷達天線(xiàn)發射的(de)電磁(cí)波在真空中也可以傳播(bō)。在空(kōng)氣中(zhōng)傳播時,溫度變(biàn)化基本不影響其傳播速(sù)率。當被測介質溫度發生變化時,其帶來的反射時間變化很小。
2.2罐內壓力對儀表測量精度的影響
微波(bō)傳播幾乎不受空氣密(mì)度變化的(de)影響,因此雷達液(yè)位計能在真空或受(shòu)壓(yā)狀態下正常工作,真空狀態下(xià)微波傳播速率相對空氣狀態下僅變化0.029%;但當操作壓力高到(dào)某一範圍時,壓力對測(cè)量帶來(lái)的誤差就不容忽(hū)視。
2.3介質特性對測(cè)量的影響(xiǎng)
液體介質的相對介電常(cháng)數、液體表麵的穩定程度和(hé)氣(qì)泡等因素(sù)都會影響雷達波信號的反(fǎn)射,可能導致液位計無法正常工作。
雷達液位計測量罐內液麵時(shí),好是穩定的(de),規則的液麵。但是當液體有流進流出時,會有波浪使液麵波(bō)動,在生產過程中還可能出現沸騰或起泡沫(mò)的現象(xiàng),使液麵變得模糊。
電磁(cí)波在介質中傳播時,介質(zhì)的介電常數越小,衰減率越大,衰減(jiǎn)率大了反射率就小。所以介電常數小,反射率弱,信號強度(dù)低。當被測介質的相對介電常數小到一定值時,雷達波的有(yǒu)效反射信號衰減過大,儀表接受到(dào)的反射波能量過小,再加上幹擾波會導(dǎo)致液位計無法正常工作。不同公(gōng)司的雷達液位計對小相對(duì)介電常數的要求是(shì)不同的,這是因為介電常數的大小與溫(wēn)度和電磁場有關。但是通過其他措施減(jiǎn)少電磁波反射能量損失(shī)或提高(gāo)儀表內部的信(xìn)號處理技術,儀表對相對介電常數低值的硬性要(yào)求也越來越小。目前主要廠商(如:Honeywell,Saab)的產品可以測量相對介電常數隻有1.2的介質。
對(duì)於(yú)沸騰或擾動大的液麵或被測介質介電常數小,或為消除儲罐、容器結構(gòu)形狀可能導致(zhì)的幹擾影響,應采用導波管及其它措施,增強回波信號(hào),以(yǐ)確保測(cè)量精度。
3.天線形式及設計選(xuǎn)型
天線的結構形式(shì)及材質,應根據被測介(jiè)質的特性,儲(chǔ)罐(guàn)類型、開(kāi)口(kǒu)、罐內溫度、壓力等因素確定(dìng)。常見的形式有喇叭形(錐形)天線,拋物麵天線,導波管(guǎn)陣列(liè)(平麵)天(tiān)線和棒狀天線等。
對於常規的(de)拱頂(dǐng)罐,雷達液位計應(yīng)是喇叭形(錐(zhuī)形)天線設計(jì),可無需使用導向管,且可以靠近(jìn)罐壁安裝,並保證測量的準確度。
對於比較粘稠和需要伴熱的拱頂罐,具有抗粘(zhān)連能力的拋物麵天線雷達非(fēi)常適合,通常不用設導波管。
對於浮頂罐,雷(léi)達液位計應采用平麵天線設計,以便於安裝在(zài)油罐的導波管上。
對於(yú)高壓球罐,天線形(xíng)式為加長喇叭口天線配導(dǎo)波(bō)管,還要配套提供一體化球閥,便於雷達液位計在帶壓狀態下的維(wéi)護(hù)。為了在儲罐帶壓運行條件(jiàn)下(xià)進行測(cè)量校驗,需要安裝參***:在導波管孔內的(de)參考針以及位於下(xià)方管(guǎn)道末端的帶參考環的反射板可在固定距(jù)離和(hé)己知的距(jù)離提供參考回波。
4.安裝注意事項
雷達液位(wèi)要杜絕安裝儲罐頂部的(de)中心處,這(zhè)是因為天線發(fā)射的電磁波是在罐(guàn)內整個空間傳播的,罐壁和罐底反射(shè)回來的(de)電磁波會集中在中心處,形成很大的幹擾,會淹沒正常的從介質表(biǎo)麵反射回來的電磁波。
采用喇叭天線雷達液(yè)位計,天線伸出接管至少(shǎo)10mm,如(rú)果在容器上的接管長度無法滿足上述要(yào)求,可(kě)以使用天線延(yán)伸管(guǎn)或谘詢製造廠設計合適的接管長度(dù)。
沒有配置導波(bō)管的雷達液位計根據天線(xiàn)形式的不同,所要求的儀表安裝(zhuāng)連接(jiē)短(duǎn)管距罐內壁的距離也(yě)不同。通(tōng)常,液位計連接短管中心距管(guǎn)內壁(bì)的距離不宜小於波束(shù)寬的1/2。波束(shù)寬=2X測量距離Xtan(波束角(jiǎo)/2),波束(shù)角為(wéi)雷達波能力密度達到大值的一半時的角度。當天線發射的微波頻率固定時(shí),尺(chǐ)寸越大,波束角越小。拋物麵天線相比於喇叭形天線,波束寬要小的多。
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