雷達液位計的應(yīng)用
1． 引言
自上個世紀九十年代以來，雷達液位計進入市場，由于測量精度高、超群的耐高溫高壓的能力以及采用了非接觸的測量方式使安裝使用簡易方便，其較高的可靠性成為近十年來罐區(qū)液位過程監(jiān)測的首選儀表。
液位儀表是工業(yè)測量中不可缺少的重要儀表。液位儀表的種類繁多，根據(jù)介質(zhì)和現(xiàn)場條件的不同，各類液位計各具優(yōu)勢，形成一個多元化的局面。罐區(qū)儲罐由于其容積較大，要求液位計的精度較高，過去大多用浮子鋼帶式液位計，伺服式和靜壓式也有一定應(yīng)用量。浮子鋼帶式液位計安裝復(fù)雜，可靠性較低，靜壓式液位計受介質(zhì)密度和溫度影響很大，為消除這些影響，一套完善的靜壓測量系統(tǒng)其價格也很高；伺服式液位計精度較高，但由于其有機械傳動機構(gòu)，不可避免帶來磨損問題，同時價格也偏高。近年來出現(xiàn)的光纖液位計、磁致伸縮液位計、超聲波液位計以及核輻射液位計各具其優(yōu)缺點，光纖液位計可以做到現(xiàn)場無電檢測，安全性好，這是其突出的優(yōu)勢，缺點是仍然有很多機械傳動部件，故障率就會增加，安裝也復(fù)雜些。磁致伸縮液位計精度較高，但由于其接觸的測量方式和較高的安裝、維護要求導(dǎo)致市場普及不廣。超聲波物位計雖精度較雷達液位計略低，但其安裝簡單價格適中，在防爆領(lǐng)域，目前超聲波液位儀的量程是一個問題，一般小于8米，遇到高溫罐，問題也會更大。核輻射液位計因有放射源，應(yīng)用需特別批準，應(yīng)用范圍受到限制。而雷達液位計進入市場后，由于自身的優(yōu)勢迅速成為液位測量中的首選儀表。
2． 測量原理
本雷達液位計主要由雷達探測器（一次表）和雷達顯示儀（二次表）組成。雷達探測器主要由主體、連接法蘭和天線三部分組成。天線分為喇叭型和直接與波導(dǎo)管連接兩種形式。雷達顯示儀提供連接上位計算機的RS-485接口，可以傳遞液位等參數(shù)及報警信號，亦可通過上位計算機對智能雷達顯示儀進行控制。
雷達探測器采用的是線性調(diào)頻連續(xù)波測距原理：天線發(fā)射的微波是頻率波線性調(diào)制的連續(xù)波,當回波被天線接收到時,天線發(fā)射頻率已經(jīng)改變。根據(jù)回波與發(fā)射波的頻率差可以計算出物料面的距離。FMCW方式測量線路較復(fù)雜,從而測量精確度較高,同時干擾回波也較易去除,一般用于較高端的測量方案。雷達探測器的主體中包括微波信號源、信號處理部分。工作過程中，微波信號源輸出一個波幅恒定的線性調(diào)頻的微波信號，其產(chǎn)生的頻率輸出發(fā)射頻率隨時間線性增加，增加的斜率為k，當發(fā)射出去的連續(xù)波遇到液面發(fā)射時，發(fā)射回來的信號比發(fā)射信號滯后了一定時間τ。
根據(jù)微波傳播原理知道：
τ＝2R/C (1)
式中C是微波在空間中的傳播速度3×108km/s，R是液面距雷達液位儀的距離。
由于回波信號頻率的滯后，使得反射頻率與發(fā)射信號頻率之間的差頻為：
f=kτ (2)
將以上兩式合并后可以得到：
R=C×f/2k
顯然R與f是成正比的，反射液面離液位儀的距離越遠所產(chǎn)生的差頻頻率f越大，因此可計算天線到反射面的距離。
信號處理部分則對回波信號與發(fā)射信號的混合信號進行處理，通過測量混合信號頻譜，用快速傅立葉變換（FFT）來計算混合信號，從中對混合信號頻譜進行分析，排除掉干擾信號，然后確定天線到反射界面的距離，從而完成測量。
3． 優(yōu)點特性
本雷達液位計采用非接觸式測量方法。非接觸式測量方法是今年來測量物位的主要方法，目前較成熟的非接觸測量技術(shù)有超聲波、核輻射和微波。而在化工、石化等過程工業(yè)領(lǐng)域，由于被測介質(zhì)普遍存在高溫、高壓、腐蝕、揮發(fā)、冷凝等復(fù)雜工況，且對測量儀表有防爆要求。相比與超聲波，微波傳播的自身特點決定了雷達液位計的使用優(yōu)勢：
1） 定向傳播。
2） 準光學(xué)特性。
3） 傳輸特性好。
4） 介質(zhì)對微波吸收與介質(zhì)的介電常數(shù)成比例。
由其自身特性決定，雷達液位計在使用上具有以下優(yōu)勢：
1） 連續(xù)準確測量：由于雷達液位計不與被測介質(zhì)接觸，且受溫度、壓力、氣體等影響非常小。
2） 維護方便，操作簡單：雷達液位計具有故障報警及自診斷功能。
3） 適用范圍廣：非接觸式測量，方向性好，傳輸損耗小，可測介質(zhì)多。
4） 安裝簡單：在各行業(yè)應(yīng)用中，雷達液位計可直接安裝到儲罐頂部，安裝十分簡單。
4. 市場分析
1）橫向比較
雷達液位計通常分為脈沖雷達和智能型雷達兩種。脈沖雷達的工作模式與超聲物位計相似:天線周期地發(fā)射微波脈沖,并接收物料面回波,同時對回波信號進行分析處理,確認有效回波,據(jù)之計算物位。正是由于工作原理的不同，導(dǎo)致兩者測量方式測量的最終精度也有所不同，脈沖雷達的測量精度不如智能型雷達而且，從大量的實測結(jié)果來看，脈沖雷達的測量精度跟超聲波液位計的差不太多，而市場價格卻高出不少。因此，用戶在具體選擇時應(yīng)根據(jù)實際需求選擇適合自己的性價比較好的儀表。
2）自身優(yōu)勢
珠?？祵毴R儀表有限公司生產(chǎn)的智能型雷達液位計和射頻導(dǎo)納雷達液位計，在國內(nèi)微波雷達產(chǎn)品研制方面實力首屈一指。
珠海新萬山儀表有限公司多年來一直致力于雷達物、液位計產(chǎn)品的專業(yè)開發(fā)、生產(chǎn)和銷售,目前使用過該產(chǎn)品的客戶已涵蓋了石油、化工、船舶、冶金、食品、污水處理等多種行業(yè)的各大知名企業(yè),得到了用戶的肯定。其線性調(diào)頻校正技術(shù)和自動頻率跟蹤濾波技術(shù)獲得國家多項專利且居國內(nèi)領(lǐng)先地位，其實惠的價位、過硬的產(chǎn)品質(zhì)量和完善、快捷的售服體系深得用戶信賴。
5. 結(jié)言
近年來，中國經(jīng)濟迅速發(fā)展，石油、化工、醫(yī)藥、食品等過程工業(yè)領(lǐng)域?qū)走_液位計的需求也將越來越大。我們相信雷達液位計將會有更好的明天，我們將不斷提高現(xiàn)有雷達液位計技術(shù)水平和開發(fā)新型的物位計，為用戶提供更好的服務(wù)。國產(chǎn)具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)雷達液位計的面世，為國內(nèi)外用戶提供了更大的選擇空間,也為他們優(yōu)化成本、合理配置資源提供了更大的方便。