摘要：脈沖串雷達(dá)液位變送器是一種新型的液位測量儀表，在實(shí)際應(yīng)用中正確地選擇和安裝是保證脈沖串雷達(dá)液位變送器正常工作的關(guān)鍵。通過對其原理和工作特性的了解，說明了在實(shí)際應(yīng)用中正確選擇和安裝脈沖串雷達(dá)液位變送器時(shí)應(yīng)注意的問題，從而準(zhǔn)確地測量液體的液位，達(dá)到監(jiān)控的目的。
在石油化工行業(yè)中，液位測量是一個(gè)非常普遍且重要的工藝參數(shù)。目前，國內(nèi)外測量液位儀表種類繁多，在自動控制中起著十分重要的作用。根據(jù)檢測方式的不同，液位測量儀表大體分為電容式、差壓式、超聲波式、浮筒式、激光式、微波式、雷達(dá)式、射線式、振動式等幾大類，各類儀表的工作原理各不相同。根據(jù)工藝介質(zhì)的特性和測量要求的不同，正確選擇和使用液位儀表，是保證液位儀表正常可靠工作的關(guān)鍵。在筆者曾參加的工程項(xiàng)目中，多次選用了脈沖串雷達(dá)液位變送器應(yīng)用在不同的場合，從此類儀表投運(yùn)的效果看，用戶反映運(yùn)行狀況良好，測量準(zhǔn)確，工作穩(wěn)定可靠，未出現(xiàn)任何故障現(xiàn)象。
1脈沖串雷達(dá)液位變送器的原理
脈沖串雷達(dá)液位變送器與導(dǎo)波雷達(dá)液位變送器不同。導(dǎo)波雷達(dá)液位變送器運(yùn)用了TDR原理（時(shí)域反射原理），TDR發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)沿導(dǎo)波桿向下傳送的電磁脈沖波，當(dāng)遇到比先前傳導(dǎo)介質(zhì)（空氣或蒸發(fā)氣）介電常數(shù)大的液體表面時(shí)脈沖被反射，用超高速計(jì)時(shí)電路來計(jì)算脈沖波的傳導(dǎo)時(shí)間，電磁脈沖波傳輸距離S=Vt，從而達(dá)到的液位測量。脈沖串雷達(dá)變送器是以脈沖串雷達(dá)技術(shù)和等時(shí)采樣電路（EST）為基礎(chǔ)的一種變送器。
它可以發(fā)射5．8或6．3GHz微波能量的短脈沖串，然后由液體表面反射，根據(jù)D=CT/2計(jì)算距離，然后用儲槽高度計(jì)算出液位，其原理見圖1所示。非接觸式脈沖串雷達(dá)變送器是誕生的24VDC回路供電的液位變送器。耗電少，響應(yīng)快，并且比大多數(shù)回路供電的雷達(dá)變送器使用更方便，它的工作性能更佳，是導(dǎo)波雷達(dá)變送器技術(shù)又一次重大進(jìn)展，為絕大多數(shù)過程液位的應(yīng)用場合提供了完善的解決方案。

根據(jù)脈沖串雷達(dá)變送器的原理，Z大的液位測量范圍應(yīng)該是傳感器偏置（+）+儲槽高度，但是由于噪聲和介質(zhì)的結(jié)垢會急劇地降低測量的可靠性，安全正常的測量范圍一般從圖2中的安全區(qū)以下

到Z低液位測量值，圖2中的截止距離為傳感器基準(zhǔn)點(diǎn)到喇叭形天線（或絕緣桿）下端面的距離加上50mm。
2脈沖串雷達(dá)液位變送器的特性
常規(guī)雷達(dá)液位變送器通過空問傳播電磁波，而脈沖串雷達(dá)液位變送器采用絕緣桿或喇叭形天線傳播電磁波能量，故而它具有雷達(dá)液位儀的全部性能，又有*的優(yōu)點(diǎn)。介質(zhì)的相對密度和介電常數(shù)（1．7<ar<100）變化對測量均無影響，5．8或6．3GHz的工作頻率，在擾動、泡沫和較強(qiáng)的蒸發(fā)等嚴(yán)酷工況下仍具有*的性能，因?yàn)樗捎脗鬏敃r(shí)間來測量液位，介電常數(shù)不同，反射傳輸?shù)臅r(shí)問是一樣的，無須信號的處理和辨別。
由于電磁波是恒定的，編程組態(tài)時(shí)，只需輸入量程等有關(guān)參數(shù)，不需要任何遷移來改變量程，不需現(xiàn)場標(biāo)定。采用兩線制回路供電，降低了能耗，信號的衰減保持在Z小程度，輸出到波導(dǎo)體的信號能量可以非常小，約為0．01mw，避免了干擾，脈沖串雷達(dá)變送器采用一個(gè)平面偏振的微波束，通過旋轉(zhuǎn)改變它的性能，適當(dāng)?shù)亩ㄏ蚩梢詼p少不需要的目標(biāo)的反射，降低側(cè)壁的反射（多路的）并使直接由液面反射的能量Z大，能更好地滿足不同測量方式的需要。
3脈沖串雷達(dá)液位變送器天線的選型原則
由于脈沖串雷達(dá)液位變送器是靠天線發(fā)送和接收電磁波，故天線的選擇是脈沖串雷達(dá)液位變送器選型的關(guān)鍵點(diǎn)，表1是各類脈沖串雷達(dá)液位變送器天線的技術(shù)規(guī)格。

天線對空間不同方向具有不同的輻射或接收能力，具有方向性，輻射與接收無Z大方向的天線稱為全向天線，有一個(gè)或多個(gè)Z大方向的天線稱為
定向天線。定向天線由于具有Z大輻射或接收方向，因此能量集中，增益相對全向天線要高，適合于遠(yuǎn)距離點(diǎn)對點(diǎn)通信，同時(shí)由于具有方向性，抗干擾能力比較強(qiáng)。絕緣桿天線和喇叭形天線原理上屬于定向天線，但絕緣桿天線的抗干擾能力要比喇叭形天線的抗干擾能力相對要弱一些，測量的距離要短一些。6”喇叭形天線發(fā)射的能量比4”喇叭形天線的抗干擾能力要強(qiáng)一些，同等介電常數(shù)的液體下測量的距離要更長一些。在實(shí)際運(yùn)用當(dāng)中，絕緣桿天線常用于相對平靜的液體液面測量，而喇叭形天線常用于擾動的或含有泡沫的液體液面測量。不管哪種天線其耐受的溫度和壓力近似成反比的關(guān)系，當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，其天線的耐壓就會下降，當(dāng)環(huán)境溫度降低時(shí)，其天線的耐壓就會上升。
4脈沖串雷達(dá)液位變送器的安裝應(yīng)用
脈沖串雷達(dá)液位變送器可以測量儲罐和中間儲槽清潔的液面，可以測量擾動和有泡沫的反應(yīng)器的液面，可以測量具有擾動、泡沫和介電常數(shù)變化的混合容器和配料容器的液面，也可以測量具有擾動、泡沫和介電常數(shù)變化的油池或污水池的液面，在前3種情況下一般是封閉的容器，頂置式安裝為，見圖2，該種安裝方式簡便，安裝費(fèi)用低。對于Z后一種情況是敞口池，設(shè)計(jì)中采用頂探照式，懸掛在敞口池的上方，此種方式需要附加配套的儀表安裝支架來固定脈沖串雷達(dá)液位變送器，來達(dá)到測量要求。
由于脈沖串雷達(dá)液位變送器的不同天線發(fā)射脈沖時(shí)都有一個(gè)散射角（又稱輻射角或波束角），散射模式Z理想的應(yīng)該是輻射的液體表面Z大，觸及在容器中其他物體的表面Z小，包括儲槽的壁。在散射波3dB的情況下，絕緣桿天線的散射角是25°，4”喇叭形天線的散射角是25°，6”喇叭形天線的散射角是17°。比較理想的情況是應(yīng)該將脈沖串雷達(dá)液位變送器安裝在距離儲槽中心半徑的一半處，為信號提供一個(gè)到達(dá)液體表面無障礙的通道。但是在大多數(shù)的情況下，儲槽上可能安裝有其他的設(shè)備，而工程上又不希望測量值受到影響，這時(shí)可以用下面數(shù)學(xué)的方法計(jì)算在知道天線的散射角a的情況下，脈沖串雷達(dá)液位變送器應(yīng)該安裝離儲槽邊緣多遠(yuǎn)的位置。
在圖3中，儲槽Z低測量液位在AB線的位置，AB為儲槽的直徑，OA為儲槽的半徑，∠AEF—a為脈沖串雷達(dá)液位變送器的散射角，AEC—a／2，儲槽頂?shù)絑低測量液位的高度為D，所以tagAEC—tag（a／2）一AC長度／D，推導(dǎo)出AC長度一Dtag（a／2），天線的散射角是已知的，則可計(jì)算出AC長度。如果實(shí)際的Z低測量液位在AB線以下，以上條件不變的情況下，則測量時(shí)散射波就會從槽壁上反射回去，造成虛假液位；如果實(shí)際的Z低測量液位在AB線以上，以上條件不變的情況下，則測量時(shí)散射波就不會反射到槽壁上去，就不會造成虛假液位。因此在設(shè)計(jì)過程中，計(jì)算出AC的長度，只要保證脈沖串雷達(dá)液位變送器安裝在以儲槽的圓心為圓心，以O(shè)C為半徑的圓的區(qū)域內(nèi)，就可以準(zhǔn)確測量出儲槽的液位。以上方法不僅適用于脈沖串雷達(dá)液位變送器，而且適用在儲槽頂上安裝的雷達(dá)類液位測量儀表，保證液位測量準(zhǔn)確。

當(dāng)儲槽頂部不允許安裝脈沖串雷達(dá)液位變送器的時(shí)候，這時(shí)只能在儲槽的側(cè)面安裝旁通管來測量液位，而脈沖串在狹窄的旁通管里面會遇到管壁的發(fā)射，造成虛假液位，測量會不準(zhǔn)確，這時(shí)就要改用導(dǎo)波雷達(dá)液位變送器來進(jìn)行測量。
5結(jié)束語
*的脈沖串技術(shù)，抗干擾能力強(qiáng)，極快的液位跟蹤性，無需PC機(jī)組態(tài)，探頭聯(lián)結(jié)器脈沖串雷達(dá)液位變送器的可快速拆裝性以及可任意的數(shù)字通訊選擇等，因此在測量呈現(xiàn)出相對密度和介電常數(shù)變化、蒸發(fā)顯著、滿罐和空罐、擾動、中度的泡沫和結(jié)垢的儲存容器的液位問題中有著廣泛的應(yīng)用。為了能使脈沖串雷達(dá)液位變送器可靠地工作，必須考慮各種因素，做到選型合理，安裝位置合適，配線及接地正確。通過對原理和安裝方面知識的了解，會在實(shí)際應(yīng)用中更加得心應(yīng)手。