雷達(dá)液位計(jì)的發(fā)展形式

2021-03-24

雷達(dá)液位計(jì)的精度高

，工作溫度范圍寬

，大工作壓力可達(dá)4MPa

，測量范圍為0-40m。通過采用不同的天線形式及導(dǎo)波管的應(yīng)用能夠滿足測量大部分儲罐液位的要求

。
　　1.工作原理及分類
　　滿足貿(mào)易交接計(jì)量精度（±1mm）的雷達(dá)都是非接觸式雷達(dá)液位計(jì)

。從測量原理上基本分為2大類：
　　（1）基于時間差法（time of flight）：天線發(fā)射以光速傳播的電磁波

，當(dāng)滯后一段時間電磁波碰到液面后，會反射回來

。距離與滯后時間成正比

，儀表通過測出從發(fā)射到接受之間的滯后時間，來確定設(shè)定面與反射面之間的距離（空高）

。
　?div id="m50uktp" class="box-center"> 。?）復(fù)合調(diào)頻式原理（FMCW）。線性調(diào)頻的等幅微波信號通過天線發(fā)射出去

，遇到障礙物時被反射回來

，延遲一段時間后，儀表接受被反射回來的微波信號

，并與部分發(fā)射波混頻

。混頻輸出信號的頻率與被測距離成正比

。當(dāng)固態(tài)源的調(diào)制頻率和頻偏一定時

，只要測出差頻頻率，通過信號處理技術(shù)就可以計(jì)算得到距離（空高）

。
　　2.液位測量影響因素
　　2.1罐內(nèi)溫度對儀表測量精度的影響
　　雷達(dá)天線發(fā)射的電磁波在真空中也可以傳播

。在空氣中傳播時，溫度變化基本不影響其傳播速率

。當(dāng)被測介質(zhì)溫度發(fā)生變化時

，其帶來的反射時間變化很小。
　　2.2罐內(nèi)壓力對儀表測量精度的影響
　　微波傳播幾乎不受空氣密度變化的影響

，因此雷達(dá)液位計(jì)能在真空或受壓狀態(tài)下正常工作

，真空狀態(tài)下微波傳播速率相對空氣狀態(tài)下僅變化0.029%；但當(dāng)操作壓力高到某一范圍時

，壓力對測量帶來的誤差就不容忽視

。
　　2.3介質(zhì)特性對測量的影響
　　液體介質(zhì)的相對介電常數(shù)、液體表面的穩(wěn)定程度和氣泡等因素都會影響雷達(dá)波信號的反射

，可能導(dǎo)致液位計(jì)無法正常工作

。
　　雷達(dá)液位計(jì)測量罐內(nèi)液面時，好是穩(wěn)定的

，規(guī)則的液面

。但是當(dāng)液體有流進(jìn)流出時

，會有波浪使液面波動，在生產(chǎn)過程中還可能出現(xiàn)沸騰或起泡沫的現(xiàn)象

，使液面變得模糊

。
　　電磁波在介質(zhì)中傳播時，介質(zhì)的介電常數(shù)越小

，衰減率越大

，衰減率大了反射率就小。所以介電常數(shù)小

，反射率弱

，信號強(qiáng)度低。當(dāng)被測介質(zhì)的相對介電常數(shù)小到一定值時

，雷達(dá)波的有效反射信號衰減過大

，儀表接受到的反射波能量過小，再加上干擾波會導(dǎo)致液位計(jì)無法正常工作

。不同公司的雷達(dá)液位計(jì)對小相對介電常數(shù)的要求是不同的

，這是因?yàn)榻殡姵?shù)的大小與溫度和電磁場有關(guān)。但是通過其他措施減少電磁波反射能量損失或提高儀表內(nèi)部的信號處理技術(shù)

，儀表對相對介電常數(shù)低值的硬性要求也越來越小

。目前主要廠商（如：Honeywell，Saab）的產(chǎn)品可以測量相對介電常數(shù)只有1.2的介質(zhì)

。
　　對于沸騰或擾動大的液面或被測介質(zhì)介電常數(shù)小

，或?yàn)橄齼蕖⑷萜鹘Y(jié)構(gòu)形狀可能導(dǎo)致的干擾影響

，應(yīng)采用導(dǎo)波管及其它措施

，增強(qiáng)回波信號，以確保測量精度

。
　　3.天線形式及設(shè)計(jì)選型
　　天線的結(jié)構(gòu)形式及材質(zhì)

，應(yīng)根據(jù)被測介質(zhì)的特性，儲罐類型

、開口

、罐內(nèi)溫度、壓力等因素確定

。常見的形式有喇叭形（錐形）天線

，拋物面天線，導(dǎo)波管陣列（平面）天線和棒狀天線等

。
　　對于常規(guī)的拱頂罐

，雷達(dá)液位計(jì)應(yīng)是喇叭形（錐形）天線設(shè)計(jì)，可無需使用導(dǎo)向管，且可以靠近罐壁安裝

，并保證測量的準(zhǔn)確度

。
　　對于比較粘稠和需要伴熱的拱頂罐，具有抗粘連能力的拋物面天線雷達(dá)非常適合

，通常不用設(shè)導(dǎo)波管

。
　　對于浮頂罐，雷達(dá)液位計(jì)應(yīng)采用平面天線設(shè)計(jì)

，以便于安裝在油罐的導(dǎo)波管上

。
　　對于高壓球罐，天線形式為加長喇叭口天線配導(dǎo)波管

，還要配套提供一體化球閥

，便于雷達(dá)液位計(jì)在帶壓狀態(tài)下的維護(hù)。為了在儲罐帶壓運(yùn)行條件下進(jìn)行測量校驗(yàn)

，需要安裝參考設(shè)備：在導(dǎo)波管孔內(nèi)的參考針以及位于下方管道末端的帶參考環(huán)的反射板可在固定距離和己知的距離提供參考回波。
　　4.安裝注意事項(xiàng)
　　雷達(dá)液位要杜絕安裝儲罐頂部的中心處

，這是因?yàn)樘炀€發(fā)射的電磁波是在罐內(nèi)整個空間傳播的

，罐壁和罐底反射回來的電磁波會集中在中心處，形成很大的干擾

，會淹沒正常的從介質(zhì)表面反射回來的電磁波

。
　　采用喇叭天線雷達(dá)液位計(jì)，天線伸出接管至少10mm

，如果在容器上的接管長度無法滿足上述要求

，可以使用天線延伸管或咨詢制造廠設(shè)計(jì)合適的接管長度。
　　沒有配置導(dǎo)波管的雷達(dá)液位計(jì)根據(jù)天線形式的不同

，所要求的儀表安裝連接短管距罐內(nèi)壁的距離也不同

。通常，液位計(jì)連接短管中心距管內(nèi)壁的距離不宜小于波束寬的1/2

。波束寬=2X測量距離Xtan（波束角/2）

，波束角為雷達(dá)波能力密度達(dá)到大值的一半時的角度。當(dāng)天線發(fā)射的微波頻率固定時

，尺寸越大

，波束角越小。拋物面天線相比于喇叭形天線

，波束寬要小的多

。

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