非接觸式雷達物位計的選型與安裝

蔣學華,宋濤(蘭州寰球工程公司，甘肅 蘭州 730060)

1 概述

非接觸式雷達物位計是一種通過天線收發電磁信號，儀表本體無需與被測介質接觸即可測量介質物位的儀表。雷達物位計精度高，目前產品已經能達到不大于1mm的測量誤差；抗干擾能力強，由于雷達波本身的特點，儀表測量過程中溫度、壓力變動的影響可忽略不計；能持續測量，儀表通過持續發射微波，實現對介質的物位變動的實時監測。除了具有這些雷達物位計共同的優點外，非接觸式雷達物位計與接觸式雷達物位計相比，還有更多的優點。量程大，現有產品量程0-70米，而桿式接觸式雷達只有0-6米，纜式接觸式雷達也只有0-35米；維護量小，因與被測介質無需接觸，安裝方便維護簡單。

2 工作原理

雷達物位計的通過天線發射和接收電磁波，通過發射與接收電磁波的時間差確定發射端與被測液面的距離。電磁波速度為光速C，電磁波發射時間為T1,接收時間為T2，則發射端與物位的距離ΔL=C×（T2-T1）/2。如果被測罐的高度（罐底到物位計發射端的高度）為H，那么被測液面的高度即為Δh=H-ΔL。

3 選型原則

3.1 非接觸式雷達物位計有幾個選型原則

確定被測介質的介電常數。雷達物位計是基于發射--反射--接受的過程來實現物位測量的，因此被測介質對雷達波的反射率是必須考慮的，而介質對雷達波的反射率跟介質的介電常數成正比。目前，主流雷達物位計要求的最低介電常數約為1.5，介電常數低于1.5的介質不應選用雷達物位計。對于一些剛過臨界點的介質適用雷達物位計呢，比如一些液化石油氣的介電常數約為1.6左右，這種臨界情況下，如果選用非接觸式雷達物位計，一般采用增加一根導波管的方案，增強雷達波回波信號，即可滿足測量要求。

3.2 合理選擇檢測精度

不同的應用場所對雷達物位計的精度要求不一樣，一般分為計量級和工業控制級。計量級雷達物位計精度±1mm,一般采用調頻連續波式工作方式，即發射器在一個頻段內按照勻速增長的頻率發射雷達波，物位計檢測回波和發射波之間的頻率差，并將頻率差轉換成時間差來計算距離。調頻雷達物位計連續發射電磁波測量，響應快，這種形式的雷達物位計功耗大，電路復雜，成本較高，采用四線制。劑量計雷達一般應用于需要計量的罐區等場合。工業控制級雷達物位計一般采用脈沖波，斷續地掃描處理，功耗低，可用二線制的24V DC供電，容易實現本質安全，價格低，廣泛地應用于生產裝置的各類容器、罐區、料倉等。

3.3 合理選擇防爆等級

儀表在防爆區域內安裝時，需要根據防爆區域劃分的類別以及可燃介質的組別，選用相應防爆級別的型號。我國的防爆場合主要分為兩類，氣體（含可燃蒸汽）爆炸危險場所（0區、1區、2區）和粉塵、纖維爆炸危險場所（10區，11區）。特別值得注意的是，兩種防爆場合的儀表不能混用，氣體爆炸危險場所選用本安型、隔爆型儀表（0區不適用）等形式的儀表，而粉塵、纖維爆炸危險場所務必選用粉塵防爆型儀表。防爆區域劃分確定以后，進一步確認爆炸性氣體或粉塵是什么物質，根據規范查閱這種物質的引燃溫度及組別，即可確定儀表的防爆等級。例如，2區防爆環境中，爆炸危險氣體為乙炔，我們可以選用Ex dⅡCT2及以上防爆等級的儀表。

3.4 合理選擇量程

根據實際工況確定量程，選擇相應量程的雷達物位計型號。不同量程的雷達物位計發射功率不同，量程范圍越大功率越大。如果小量程工況選擇大功率雷達物位計，浪費能源，反之大量程工況選擇了功率過小的雷達物位計，則無法準確測量。

3.5 合理選用天線材質和型號

根據工況合理選用天線的材質，介質高溫則選用高溫型天線，介質腐蝕性強則選用耐腐蝕天線（雖然天線不與物料接觸，但物料往往會汽化或產生懸浮的粉塵顆粒與天線接觸）。部分工況下，為保證雷達物位計天線能插入到罐體內部，需選擇加長型天線、特殊延長型等。

3.6 合理選擇防護等級

根據安裝環境確定雷達物位計對水（雨水等）、塵埃的防護等級。儀表的防護等級按IEC標準表示為IP XY,字母IP為防護等級特征字母。XY為阿拉伯數字，其中X表示對塵埃的防護等級，從0到6一共7級，分別代表儀表可防止塵埃進入的程度；Y表示對水的防護等級，從0到8一共9級，分別代表儀表防水的程度。例如某儀表完全防塵，且在制造廠規定的條件下可長期潛水工作，其防護等級為IP68。

4 安裝注意事項

根據不同的工況，非接觸式雷達物位計可在罐體中、導波管中、旁通管中等位置安裝。

在罐體中安裝時，應特別注意五點：1、雷達物位計波束需垂直于被測介質平面，即雷達物位計的發射部位（如喇叭口）相對于被測介質的平面垂直安裝。2、不可安裝在罐體中央，干擾會導致信號丟失；3、不可安裝在加料口上方，加料時會造成極大的干擾回波，導致料位計出現虛假值；4、料位計安裝位置與罐壁距離宜為罐體直徑的1/6，且最少不能低于15cm（因雷達物位計的型號不同最小距離不同，以選用型號的要求為準）。5、如果罐體為非導電性材料，則雷達物位計波束散射的范圍內，避免有爬梯、金屬管道、操作平臺等反射雷達波造成干擾。

當罐體內部工況復雜，比如有加熱管、內浮頂、各種支架較多等情況時，不宜直接安裝非接觸式雷達物位計，而經常采用增加導波管的方式安裝。導波管至少滿足以下要求：1、應為管徑均勻的金屬管（宜選用不銹鋼管）；2、導波管內壁必須始終光滑，任何過渡段不能有超過1mm的裂縫、焊縫等；3、導波管上方側面（罐體內），物位死區的位置加工通風口用以補償導波管內壓力，使導波管內的物位與罐內物位保持一致；4、導波管的安裝垂直度偏差要小于0.3度,即每10m垂直偏差絕對值小于0.05m。

當罐體內部無法直接安裝物位計，也無法安裝導波管時，比如罐體內有攪拌器等情況時，可采用旁通管安裝方式。旁通管的安裝要求基本與導波管相同，只是不再開通風口。

5 結語

非接觸式雷達計的特點突出，只要在正確選型、安裝的基礎上，就能廣泛地應用于各種高溫、高壓、粘度大、腐蝕性強、易燃、有毒的環境中，特別適用于大型立罐和球罐。可靠性高，維護量小，提高生產效率。

[1]陸德民.主編.石油化工自動控制設計手冊[M].3版.北京：化學工業出版社，2000:1087-1098.

[2]李瑩瑩.E+H雷達液位計在化工儲罐的應用[J].硅谷，2011（24）:144-144.