淺析雷達液位計應用

摘 要：雷達液位計是通過天線向被測介質物位發射微波，然后測出微波發射和反射回來的時間而得到容器內液位的一種儀表，雷達液位計是一種不接觸測量介質的物位儀表，它可以用于測量高溫、高壓、易燃、易爆、易凝等介質的液位。

關鍵詞：雷達液位計；電磁波；應用

一、應用及特點

雷達液位計又稱微波液位計是通過天線向被測介質物位發射微波，然后測出微波發射和反射回來的時間而得到容器內液位的儀表，微波它是一種電磁波，它介于無線電波和光波之間。它遇到障礙物以后，既有吸收，又有發射、折射。在雷達、導航、通訊和電視等技術中，就是利用微波的反射特性來進行信息的傳遞、加工和變換的。在雷達液位計中，使用的微波波長約為5-10cm，可測量介質的不同。可以應用在很多的場合，例如液位測量、真空測量或者料位測量等。探頭幾乎不受溫度、壓力、氣體等的影響（500℃時影響僅為0.018%，50bar時為0.8%）。雷達液位計最大的特點是在惡劣條件下有顯著功效，無論是有毒介質，還是腐蝕性介質，也無論是固體、液體還是粉塵性、漿狀介質，它都可以進行測量。從測量槽罐體的形狀來說，雷達液位計可以對臥罐、圓柱椎體罐、柱形罐、球罐、等的液位進行測量，從罐體功能來說，可以對儲罐、緩沖罐、微波管、旁通管中的液位進行測量；從被測介質來說，可用于測量液體、顆粒、料漿等的距離、液位、容積和反射率。

二、工作原理

雷達液位計發射—反射—接收的工作模式。雷達傳感器的天線以波束的形式發射電磁波信號，發射波在被測物料表面產生反射，反射回來的回波信號仍由天線接收。發射及反射波束中的每一點都采用超聲采樣的方法進行采集。信號經智能處理器處理后得出介質與探頭之間的距離，送終端顯示器進行顯示、報警、操作等。

雷達液位計采用高頻振蕩器作為微波發生器，發生器產生的微波用波導管將它引到輻射天線，并向下射出。當微波遇到障礙物，例如液體液面時，部分被吸收，部分被反射回來。通過測量發射波與液位反射波之間某種參數關系來實現液位測量。

目前有兩大類雷達液位計，一類是發射頻率固定不變，通過測量發射波與液位反射波的運行時間，并經過智能化信號處理器，測出被測液位的高度。這類雷達液位計的運行時間與液位距離的關系為t=2d/c，式中c___電磁波傳播速度，c=300000km/s；d__被測接介質液位和探頭之間的距離，t__探頭從發射電磁波至接收到反射電磁波的時間；可見，探頭到介質表面的距離d與探頭從發射電磁波至接收到反射電磁波的時間t成正比。在發射的時間間隔里，天線系統作為接收裝置使用。儀表分析、處理運行時間小于十億分之一秒的回波信號，并在極短的一瞬間分析處理回波。雷達傳感器利用特殊的時間間隔調整技術將每秒的回波信號進行放大、定位，然后進行分析處理。因此雷達傳感器可以在0.1s內精確細致地分析處理這些被放大的回波信號，無須花費很多時間來分析頻率。

另一類是測量發射波與反射波之間的頻率差，并將這頻率差轉換為與被測液位成比例關系的電信號。這種液位計的發射頻率不是一個固定頻率，而是一等幅可調頻率。

三、應用實例

在本鋼浦相冷軋薄板廠酸再生系統中采用了德國KROHNE公司所生產的BM70型雷達液位計用于測量氨水罐、新酸罐、再生酸罐中介質的液位。

雷達液位計的測量系統由信號轉換器和法蘭系統構成。法蘭系統包括微波窗口和天線系統，微波窗口使產品與壓力相分離。小型的信號轉換器包括微波發生器和整個信號處理系統，包括規定的標準輸出信號（4-20mA或數字接口）。由于雷達液位計存在死區，所以雷達液位計的最大測量范圍是空罐高度減去死區的距離。參考補償距離和罐底補償距離的值可以根據具體情況而進行設定，它們可以改變4mA和20mA的對應的液位值。

BM70既可用于測量液位也可用于測量容積，用于測量液位時，在功能顯示參數里選擇液位。液位可由公式得出：液位=罐體高度-距離。

距離由測得距離d減去補償得到的數值，其大小為儀表響應下限到液面的距離。用罐高減去這個距離就得到了實際的液位。在BM70里可將距離、液位或可轉換的其他功能通過信號輸出送到上位機，同時也可以就地顯示。所有的信息均可以由數字通訊裝置進行訪問。此外，測量值能夠通過參考補償距離和罐底補償距離的設定進行遷移。

四、BM70型雷達液位計的日常維護及故障處理

本鋼浦相冷軋薄板廠的酸再生系統中使用的雷達液位計為德國KROHNE公司所生產的BM70型雷達液位計，在日常檢查維護中主要檢查以下一些項目：①定期檢查儀表的電源電壓和輸出電流是否正常。②定期檢查儀表的天線是否被臟物污染。③檢查儀表與罐體連接的是否牢固。④檢查各部件連接處的密封情況是否良好。⑤定期進行校驗。另外，對于頭一次使用的儀表，如果投運后儀表沒有輸出，則應檢查電源是否真正接上，并檢查保險絲。對于不超過2個月的短期停運，儀表電源不必切斷。故障舉例：2007年7月酸再生操作反映氨水罐的液位從75%突然下降到16%，嚴重影響了酸再生脫硅系統的正常運行。到達現場后發現罐內實際液位并不低。于是先后檢查了電源電壓，天線的狀態和安裝情況均未發現問題。根據雷達的特性，罐內的蒸汽不可能對其測量產生影響，同時罐體內又沒有障礙物，所以判斷故障的原因在儀表本身。檢查儀表的參數，發現儀表功能選項3.5.5（Mutiple refelection）為OFF狀態，將其改為ON后故障消除。

五、結論

實踐證明雷達液位計具有良好的性能和優勢，具有結構簡單、耐腐蝕、安裝方便、易于維護等優點，同時實現了信號標準化，并可通過數字通訊裝置進行訪問，易于實現計算機控制。可廣泛應用于測量高溫、高壓、易燃、易爆、易凝等介質的液位。

參考文獻：

[1]朱炳興，王森主編.儀表工試題集.化學工業出版社，2006.

[2]陳龍官，黃偉編著.冷軋薄鋼板酸洗工藝與設備.北京：冶金工業出版社，2005.

[3]酸再生雷達液位計BM70用戶手冊.

作者簡介：高楠（1982—），男，電氣助理工程師，主要研究方向：電氣維護。