雷達(dá)料位計(jì)的原理及應(yīng)用

一、概述
料位是工業(yè)生產(chǎn)中的一個(gè)重要參數(shù)。料位測(cè)量的方法很多，針對(duì)不同的工況和介質(zhì)可以使用不同測(cè)量原理的料位計(jì)，吹氣法、靜壓式、浮球式、重錘式、超聲波等幾種常用的料位測(cè)量?jī)x表，都有各自的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍。雷達(dá)料位計(jì)運(yùn)用*的雷達(dá)測(cè)量技術(shù)，以其優(yōu)良的性能，尤其是在槽罐中有攪拌、溫度高、蒸汽大、介質(zhì)腐蝕性強(qiáng)、易結(jié)疤等惡劣的測(cè)量條件下，顯示出其的性能，在工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。
 

二、原理及技術(shù)性能
雷達(dá)波是一種特殊形式的電磁波，雷達(dá)料位計(jì)利用了電磁波的特殊性能來(lái)進(jìn)行料位檢測(cè)。電磁波的物理特性與可見光相似，傳播速度相當(dāng)于光速。其頻率為300MHz-3000GHz。電磁波可以穿透空間蒸汽、粉塵等干擾源，遇到障礙物易于被反射，被測(cè)介質(zhì)導(dǎo)電性越好或介電常數(shù)越大，回波信號(hào)的反射效果越好。
雷達(dá)波的頻率越高，發(fā)射角越小，單位面積上能量（磁通量或場(chǎng)強(qiáng)）越大，波的衰減越小，雷達(dá)料位計(jì)的測(cè)量效果越好。
１.雷達(dá)料位計(jì)的基本原理
雷達(dá)式料位計(jì)組成：它主要由發(fā)射和接收裝置、信號(hào)處理器、天線、操作面板、顯示、故障報(bào)警等幾部分組成。
發(fā)射－反射－接收是雷達(dá)式料位計(jì)工作的基本原理。雷達(dá)傳感器的天線以波束的形式發(fā)射zui小5.8GHz的雷達(dá)信號(hào)。反射回來(lái)的信號(hào)仍由天線接收，雷達(dá)脈沖信號(hào)從發(fā)射到接收的運(yùn)行時(shí)間與傳感器到介質(zhì)表面的距離以及物位成比例。
即：h= H–vt/2
式中 h為料位；H為槽高； v為雷達(dá)波速度；t為雷達(dá)波發(fā)射到接收的間隔時(shí)間；
２.雷達(dá)料位計(jì)測(cè)量料位的*技術(shù)：
(１)回波處理新技術(shù)的應(yīng)用
從雷達(dá)料位計(jì)的測(cè)量原理可以知道，雷達(dá)料位計(jì)是通過(guò)處理雷達(dá)波從探頭發(fā)射到介質(zhì)表面然后返回到探頭的時(shí)間來(lái)測(cè)量料位的，在反射信號(hào)中混合有許多干擾信號(hào)，所以，對(duì)真實(shí)回波的處理和對(duì)各種虛假回波的識(shí)別技術(shù)就成為雷達(dá)料位計(jì)能夠準(zhǔn)確測(cè)量的關(guān)鍵因素。
(２)測(cè)量數(shù)據(jù)處理：
由于液面波動(dòng)和隨機(jī)噪聲等因素的影響，檢測(cè)信號(hào)中必然混有大量噪聲。為了提高檢測(cè)的準(zhǔn)確度，必須對(duì)檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行處理，盡可能消除噪聲。
經(jīng)過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，采用數(shù)據(jù)平滑方法可以達(dá)到滿意的效果。此方法也可有效的克服罐內(nèi)攪拌器對(duì)測(cè)量的影響。
(３)雷達(dá)料位計(jì)的特點(diǎn)：
　　由于雷達(dá)料位計(jì)采用了上述*的回波處理和數(shù)據(jù)處理技術(shù)，加上雷達(dá)波本身頻率高，穿透性能好的特點(diǎn)，所以，雷達(dá)料位計(jì)具有比接觸式料位計(jì)和同類非接觸料位計(jì)更加優(yōu)良的性能。
①可在惡劣條件下連續(xù)準(zhǔn)確地測(cè)量。
②操作簡(jiǎn)單，調(diào)試方便。
③準(zhǔn)確安全且節(jié)省能源。
④無(wú)需維修且可靠性強(qiáng)。
⑤幾乎可以測(cè)量所有介質(zhì)。
 

三、安裝應(yīng)注意的問(wèn)題
（１）當(dāng)測(cè)量液態(tài)物料時(shí)，傳感器的軸線和介質(zhì)表面保持垂直；當(dāng)測(cè)量固態(tài)物料時(shí)，由于固體介質(zhì)會(huì)有一個(gè)堆角，傳感器要傾斜一定的角度。
（２）盡量避免在發(fā)射角內(nèi)有造成假反射的裝置。特別要避免在距離天線zui近的1/3錐形發(fā)射區(qū)內(nèi)有障礙裝置（因?yàn)檎系K裝置越近，虛假反射信號(hào)越強(qiáng)）。若實(shí)在避免不了，建議用一個(gè)折射板將過(guò)強(qiáng)的虛假反射信號(hào)折射走。這樣可以減小假回波的能量密度，使傳感器較容易地將虛假信號(hào)濾出。
（３）要避開進(jìn)料口，以免產(chǎn)生虛假反射。
（４）傳感器不要安裝在拱形罐的中心處（否則傳感器收到的虛假回波會(huì)增強(qiáng)），也不能距離罐壁很近安裝，安裝位置在容器半徑的１／２處。
（５）要避免安裝在有很強(qiáng)渦流的地方。如：由于攪拌或很強(qiáng)的化學(xué)反應(yīng)等，建議采用導(dǎo)波管或旁通管測(cè)量。
（６）若傳感器安裝在接管上，天線必須從接管伸出來(lái)。喇叭口天線伸出接管至少１０mm。棒式天線接管長(zhǎng)度zui大100或250mm。接管直徑zui小250mm。可以采取加大接管直徑的方法，以減少由于接管產(chǎn)生的干擾回波。
（７）關(guān)于導(dǎo)波管天線：導(dǎo)波管內(nèi)壁一定要光滑，下面開口的導(dǎo)波管必須達(dá)到需要的zui低液位，這樣才能在管道中進(jìn)行測(cè)量。傳感器的類型牌要對(duì)準(zhǔn)導(dǎo)波管開孔的軸線。若被測(cè)介電常數(shù)小于４，需在導(dǎo)波管末端安裝反射板，或?qū)?dǎo)波管末端彎成一個(gè)彎度，將容器底的反射回波折射走。

四、應(yīng)用中存在的問(wèn)題及解決方法
有些工況下所使用的雷達(dá)料位計(jì)，因?yàn)閭鞲衅靼惭b位置不當(dāng)及條件所致，出現(xiàn)了一些問(wèn)題，下面將對(duì)一些使用中的問(wèn)題提出解決方案,供大家參考。
1．探頭結(jié)疤和頻繁故障的解決方法
*個(gè)辦法是將探頭安裝位置提高，但是有時(shí)候安裝條件限制，不能提高的情況下，就應(yīng)采用將料位測(cè)量值與該槽的泵聯(lián)鎖的辦法，解決這一難題：將zui高料位設(shè)定值減小0.5m左右，當(dāng)料位達(dá)到該zui高值時(shí)，即可停進(jìn)料泵或開啟出料泵。
2．雷達(dá)料位計(jì)被淹相應(yīng)的改進(jìn)辦法
解決這種問(wèn)題的辦法是將雷達(dá)料位計(jì)改為導(dǎo)波管式測(cè)量。仍在原開孔處安裝導(dǎo)波管式雷達(dá)料位計(jì)，導(dǎo)波管高于排汽管0.2m左右， 這樣一來(lái)，即使出現(xiàn)料漿從排汽管溢出的惡劣工況，也不會(huì)使料位計(jì)天線被料漿淹沒(méi)，而且避免了攪拌器渦流的干擾及大量蒸汽從探頭處冒出，減少了對(duì)探頭的損害，同時(shí)由于導(dǎo)波管聚焦效果好，接收的雷達(dá)波信號(hào)更強(qiáng)，取得了很好的測(cè)量效果。使用導(dǎo)波管測(cè)量方式，可以改善表計(jì)測(cè)量條件，提高儀表測(cè)量性能,具有很高的推廣應(yīng)用價(jià)值。
3．關(guān)于泡沫對(duì)測(cè)量的影響：
干泡沫和濕泡沫能將雷達(dá)波反射回來(lái)，對(duì)測(cè)量無(wú)影響；中性泡沫則會(huì)吸收和擴(kuò)散雷達(dá)波，因而嚴(yán)重影響回波的反射甚至沒(méi)有回波。當(dāng)介質(zhì)表面為稠而厚的泡沫時(shí)，測(cè)量誤差較大或無(wú)法測(cè)量，在這種工況下，雷達(dá)料位計(jì)不具有優(yōu)勢(shì)，這是其應(yīng)用的局限性。
4．對(duì)于天線結(jié)疤的處理：
介電常數(shù)很小的掛料在干燥狀態(tài)下對(duì)測(cè)量無(wú)影響，而介電常數(shù)很高的掛料則對(duì)測(cè)量有影響。可用壓縮空氣吹掃（或清水沖洗），且冷卻的壓縮空氣可降低法蘭和電器元件的溫度。還可用酸性清洗液清洗堿性結(jié)疤，但在清洗期間不能進(jìn)行料位測(cè)量。
 

五、結(jié)束語(yǔ)
雷達(dá)料位計(jì)是目前各類料位測(cè)量?jī)x表中適用范圍zui廣、測(cè)量zui、維護(hù)zui方便的料位測(cè)量?jī)x表。隨著其價(jià)格的進(jìn)一步降低，性價(jià)比的提高，應(yīng)用將會(huì)越來(lái)越廣泛，在料位測(cè)量中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。本文對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)的闡述，旨在為廣大維護(hù)人員更好地使用和掌握它，希望能對(duì)大家提供一些借鑒和幫助。