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浅述雷达物位计在工业中的应用

点击次数: 更新时间:2015-03-29 16:03:32【打印】【关闭】

自雷达物位计进入市场,由于测量精度高、耐高温高压的能力强,以及采用非接触的测量方式,成为过程控制工业罐区物位监测的首选仪表,受到广大技术人员的欢迎。

在公司的生产车间,物位作为重要的过程参数已成为判断生产过程的效率、工作状况及经济性能的重要指标,物位测量仪表在连续与离散控制系统中的作用日趋突出,业主对测量仪表的精确测量、稳定可靠、多功能、智能化的要求也越来越高。雷达物位计是近年逐步在现场应用的先进测量技术。在使用过程中也暴露出一些问题,主要是设计选型失误。由于雷达物位计种类和品牌较多,如果在设计阶段不能结合工矿条件选择适宜的产品,就可能造成雷达物位计无法正常使用。

雷达物位计在使用上具有以下优势:

1) 连续准确测量:由于雷达物位计不与被测介质接触,且受温度、压力、气体等影响非常小。

2) 维护方便,操作简单:雷达物位计具有故障报警及自诊断功能。

3) 适用范围广:非接触式测量,方向性好,传输损耗小,可测介质多。

4) 安装简单:在各行业应用中,雷达物位计可直接安装到储罐顶部,安装十分简单。

雷达物位计通常分为脉冲雷达和调频连续波雷达(FMCW)两种。脉冲雷达的工作模式与超声物位计相似:天线周期地发射微波脉冲,并接收物料面回波,同时对回波信号进行分析处理,确认有效回波,据之计算物位。线性调频连续波测距原理:天线发射的微波是频率波线性调制的连续波,当回波被天线接收到时,天线发射频率已经改变。根据回波与发射波的频率差可以计算出物料面的距离。E+H公司的雷达物位计基本采用脉冲雷达原理。西门子公司LR400系列采用调频连续波雷达原理,LR300系列采用脉冲雷达原理。

特性分类

按发射雷达波的频率分,可分为高频雷达和低频雷达。高频雷达发射的20GHz以上的高频微波,根据波的特性:速度=波长*频率,我们可以得知24GHz高频的微波的波长较其他频段的雷达波的波长要短的多。一般的讲,固体料面的形状是倾斜而且粗糙的,较小的波长可以最大程度上保证发射出去的雷达波能够在粗糙的固体表面最大程度地被反射回雷达探头。因而高频雷达主要应用于固体介质和大量程场合的测量。低频雷达发射微波频率在100MHZ~6MHZ,主要应用于液体介质和小量程场合的测量。

按天线的形式分,可分为普通雷达和导波雷达。普通雷达发射的微波通过空间传播。导波雷达则是通过波导体传导来发射和接收电磁波的物位测量仪表。

导波雷达测量原理的基础是电磁波的时域反射性,该原理用于物位测量时,微波发生器每秒中产生20万个能量脉冲并发送入波导体,波导体与液体表面的接触时,由于波导体在气体中和液体中的导电性能大不相同,这种波导体导电性的改变使波导体的阻抗发生聚燃变化,从而产生一个物位反射原始脉冲。

雷达物位计使用的注意事项

1 介电常数的影响

低介电常数和变介电常数的被测介质,优选导波雷达。低介电常数液体介质反射信号弱,信号衰减严重,物位波动和泡沫散射引起信号减弱,罐内障碍物反射引起虚假信号,为此就需要发射较强的电磁波信号,并采用功能强的微处理器进行复杂的信号处理。这就使得常规交流供电雷达物位计价格非常昂贵,但仍难以较好的解决在上述条件下的物位测量问题。导波雷达和常规雷达一样,采用传输时间来测量介质物位,信号自烃类[介电常数2~3]液体表面或自水[介电常数80]面反射回传的时间一样的,不同的只是信号幅度[强度]的差别。普通雷达须考虑介质的影响,比较难辩识返回的各种信号,从杂散信号中检出真正的物位信号,而导波雷达仅需测量电磁波的传输时间即可,无需信号的处理和辨别。

2 固体物料测量

对于粉状物料,可以选择缆式导波雷达。由于微波在钢缆中传输,物料在输送过程中产生的粉尘对测量没有影响。闪速炉的精矿、石英、粉煤均采用E+H公司的FMP40系列的缆式导波雷达,测量效果良好。对于颗粒状或块状物料,须选用高频雷达物位计。而且微波的发射角愈小愈好。因为微波的频率越高,微波的波长越短,保证发射出去的雷达波能够在粗糙的固体表面最大程度地被反射回雷达探头,发射角愈小,形成杂波和漫发射的概率就越小。

3 液体、物位的测量

对于液面相对平稳的罐体,且被测液体的介电常数较高,可以选择普通雷达物位计。对于液面波动大、或带有搅拌的罐体,或被测液体的介电常数较低,应优选导波雷达。因为导波管对液面有整型作用,且导波雷达的微波反射不易受环境条件变化的影响。被测液体的介电常数和密度变化对测量结果没有影响。对于被测液体的粘度≥500cst,且液体粘附性较强的情况,不能选择导波管方式测量,因为粘附和结晶会堵死导波管。从而形成虚假物位。可以选择导波杆方式来测量。当介质在探头上的涂污对测量物位的影响可分为两种:膜状涂污和桥接。膜状涂污是在物位降低时,高粘液体或轻油浆在探头上形成的一种覆盖层。由于这种涂污在探头上涂层均匀,因此对测量基本无影响;但桥接性涂污的形成却能导致明显的测量误差,当块状或条状介质污垢粘结于波导体上或桥接于两个波导体之间时,就会在该点测得虚假物位。

4 雷达物位计的基本设定

1) 根据物位计测量储罐的形状,设定储罐特性。

2) 根据检测介质的特性设定介电常数。

3) 在过程条件一项选择所测介质的过程变化情况,如果是杆式的雷达物位计,还应该设定探头底部的接触情况。

4) 接下来按照工艺要求设定物位计的空标和满标值,如果是导波管的还应该设定导波管的直径。

5) 根据设定的空标值做全程抑制。

 

近年来,中国经济迅速发展,石油、化工、医药、食品等过程工业领域对雷达物位计的需求也将越来越大。相信雷达物位计将会有更好的明天,我们将不断提高现有雷达物位计技术水平和开发新型的物位计,为用户提供更好的服务。国产具有完全自主知识产权雷达物位计的面世,为国内外用户提供了更大的选择空间,也为他们优化成本、合理配置资源提供了更大的方便。

雷达物位计在许多复杂条件下使用时,综合性能优于其他常规物位测量技术。雷达物位计不受工艺复杂条件的限制,如低介电常数和变介电常数(会影响射频导纳/电容式液面计工作)、变介质密度[影响浮筒和压力/差压式液面计工作]、气化、泡沫/液面波动[影响超声波液面计工作]等的影响,可很好地解决这些介质条件下的物位测量。

我们在选用物位仪表时,应区别不同介质工作条件及过程要求,选用成本低、精度高、价格适中、性能可靠的测量仪表

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