雷达液位计原理及应用

雷达液位计原理及应用

作者：张倍

来源：《科技视界》2013年第07期

【摘要】本文讲述了雷达液位计的测量原理和特性，以及它在选型和安装时的注意事项，讨论了其常见故障的排查及处理。

【关键词】雷达液位计；测量原理；常见故障

雷达液位计是一种采用微波测量技术的物位测量仪表。它能够非接触测量，耐磨损、耐老化性能高，不受压力、真空或温度的影响。因此它在易燃、易爆、强腐蚀性、高温、粘稠等恶劣的测量条件下，性能卓越，特别适用于大型立罐和球罐等的测量。由于其特有的优势，雷达液位计被广泛用于多种测量领域。雷达液位计已在我公司某冶炼厂得到广泛应用，尤其在被测介质有强腐蚀性的硫酸、贵金属等车间，雷达液位计表现卓越，其维护简单，测量稳定、精确。我公司新建冶炼厂技改采用先进的工艺，其过程控制仪表及其他测量仪表的需求大大增加，雷达液位计以其优越的性能必将得到广泛的应用。本文对雷达液位计的原理和应用做了简单的描述，以期对将来的应用提供帮助。

1 雷达液位计工作原理和特点

1.1 雷达液位计原理

雷达液位计采用高频振荡器作为微波发生器，发生器产生微波通过天线向下射出。当微波遇到障碍物时有部分反射回来。根据发射波和反射波之间的时差（即微波脉冲行程），来计算物料面的距离。

目前有两大类雷达液位计，一类是脉冲波方式雷达液位计（如图1）。

其中，雷达液位计与物料表面的距离H与天线发射的微波脉冲的时间行程t成正比：

H=ct/2 （1）

式中，c——光速

物位L=F-H （2）

图1 脉冲雷达液位计的工作原理

注释：F——空罐距离；D——满罐距离

通过输入空罐距离F（零点），满罐距离D（满量程），及一些应用参数设定，可以得到4～20mA的模拟输出，或者0～100%的数字输出。

另一类是调频连续波方式雷达液位计。这种液位计的发射频率不是一个固定频率，而是一个等幅可调频率。通过测量发射波和反射波之间的频率差，可将频率差转换为与被测液位成比例关系的电信号。

发射频率随时间线性增加，增益为s，当发射出去的连续波遇液面反射时，反射回来的信号频率比发射信号滞后了Δt。反射信号与发射信号之间的频率差为

Δf=sΔt （3）

将式（1）式（2）与式（3）合并可得到

物位L=F-cΔf/2s

脉冲波方式测量线路简单，因此当液位量程较低时精度较高，当液位量程较高时，精度相应降低。调频连续波方式测量精确度较高，同时干扰回波也较易去除，一般用于较高端的场合，可作为计量级仪表使用。

1.2 雷达液位计的特点

1.2.1 无位移、非接触式测量，不受温度、压力和气体的影响，过程压力可达40bar，介质温度可达300℃。尤其适用于盛有易燃、易爆、强腐蚀性等介质的容器液位测量

1.2.2 无测量盲区，精度高，分辨率可达1mm。可满足计量仪表。

1.2.3 无需维修且可靠性强。雷达波不受干扰，雷达液位计的各部件均不能拆开而且没有机械磨损，所以雷达液位计可应用于各种场所，如真空测量，液位测量，料位测量。

1.2.4 雷达液位计可以测量所有介电常数大于1.5的介质。反射功率取决于介质的介电常数，介质的导电性越好或介电常数越大，回波信号的反射效果越好。

1.2.5 供电和输出信号通过一根两芯线缆（回路电路），采用4-20mA输出或数字信号输出。

2 雷达液位计的选型及安装

2.1 雷达液位计的选型

雷达液位计由电子部件、波导连接器、安装法兰及天线组成。其中天线的外形决定微薄的聚焦和灵敏度。因此天线的选择尤为重要。

2.1.1 喇叭口天线

喇叭口天线适用于绝大多数场合，具有聚焦性好，物理及化学特性稳定、耐用牢固等优点。但不适用于腐蚀性介质的测量。

2.1.2 杆式天线

杆式天线化学稳定性好，易于清洗且对冷凝水的粘附不敏感。适用于腐蚀性介质。

2.1.3 法兰下置型天线

法兰下置型天线主要用于强腐蚀性介质的测量。

2.1.4 抛物面天线

抛物面天线聚焦性好，不受加热蒸汽的影响，特别适用于带加热蒸汽的大型容器的罐内测量，如渣油、沥青等的测量，测量范围可达40m。

2.1.5 安装导波管或旁通管的天线

给天线安装套管，套管相当于传达雷达信号的导线，适用于介质表面波动大或介电常数小的场合。

2.2 测量范围选择

被测液体介质的物理特性对测量范围影响较大。通常将液体分为A、B、C、D四类。

A类：非导电液体，介电常数小于1.4，对测量距离影响大，测量范围小。如丙烷等。

B类：非导电液体，介电常数约为1.9～4，对测量距离影响较大，测量范围中等。如汽油、石油等。

C类：介电常数约为4～10，对测量距离影响较小，测量范围大。如浓缩的酸、有机溶剂醋、乙醇、丙酮、油水混合物等。

D类：导电液体，介电常数>10，对测量距离影响小，测量范围最大。如水溶液、稀释的酸碱等。

当储罐液体表面平稳时。A类液体的测量范围选择5m，对B类液体测量范围为10m，C 类液体15m，D类液体可以达到20m。当液面有波动时，其相应的测量范围应当适当减少。

2.3 雷达液位计的安装及注意事项

雷达液位计的测量原理决定了其不宜用于液面扰动大的场合，所以安装时应避开干扰源，尽量减少误差。

2.3.1 安装位置要偏离中心。如果安装在中央，会产生多重虚假回波，干扰回波会导致信号丢失。

2.3.2 罐内安装距离。由罐内壁到安装短管的外壁应大于罐直径的1/6，最小距离为

200mm。

2.3.3 安装应避开进料口等干扰源。

2.3.4 在雷达天线的下方，信号波束内，应避免安装任何装置。

2.3.5 如果测量带有搅拌器的容器液位时，安装位置应尽量避开搅拌器，不要使反射面处于搅拌器叶片附近，消除漩涡及搅拌叶片对信号的干扰。

2.3.6 安装接管的长度应使天线喇叭口伸入罐内一定距离，以减少由于安装接管和设备间焊缝所造成的发射能量损失。

2.3.7 当液位计在导波管或旁通管中安装时，导波管或旁通管的内部必须光滑无毛刺。

2.3.8 雷达液位计一般安装在灌顶，如需侧向安装，可以使用45°或90°的延伸弯管。调整喇叭天线使之与液面垂直。

2.3.9 不得损坏天线涂层

3 雷达液位计常见故障排查及处理

3.1 仪表工作故障

3.1.1 仪表不工作

首先应检查仪表电源，电压是否正常，极性是否接反。然后检查接线端子是否接好，如需要可以将端子重新连接。

3.1.2 显示值不可见