隨著技術(shù)的進(jìn)步，曾經(jīng)是的雷達(dá)液位計(jì)產(chǎn)品現(xiàn)如今已經(jīng)走入尋常百姓家，目前雷達(dá)液位計(jì)的測(cè)量技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，在許多工業(yè)領(lǐng)域都有著普遍的使用，對(duì)于一般性的測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)雷達(dá)液位計(jì)都有著非常優(yōu)秀的表現(xiàn)，測(cè)量液位過(guò)程中的眾多優(yōu)點(diǎn)獲得了用戶一致的認(rèn)可，不過(guò)對(duì)于易揮發(fā)結(jié)晶介質(zhì)的液位測(cè)量仍然存在不同程度的局限性。為增強(qiáng)雷達(dá)液位計(jì)的使用性能，通過(guò)對(duì)過(guò)程中使用的雷達(dá)液位計(jì)在對(duì)槽體液位測(cè)量中出現(xiàn)的一系列問(wèn)題進(jìn)行深入分析，并結(jié)合雷達(dá)液位計(jì)的測(cè)量原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，本文提出了一種利用雷達(dá)液位計(jì)與導(dǎo)波管相結(jié)合的測(cè)量方法，為化工企業(yè)中雷達(dá)液位計(jì)的使用提供了參考。

 

　　該改進(jìn)型雷達(dá)液位計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于安裝與維護(hù)，有效避免了槽體液位測(cè)量中液位波動(dòng)、測(cè)量介質(zhì)等因素的影響，使測(cè)量精度提高了10倍以上，抗干擾能力大大增強(qiáng)，確保了測(cè)量結(jié)果的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

 

　　該改進(jìn)型雷達(dá)液位計(jì)的創(chuàng)新性在于結(jié)合了導(dǎo)波管與雷達(dá)液位計(jì)的優(yōu)點(diǎn)，成功解決了雷達(dá)液位計(jì)在液位測(cè)量過(guò)程中的局限性。該研究成果解決了槽體液位測(cè)量過(guò)程中常見的問(wèn)題，同時(shí)為石化、焦化、化工等行業(yè)過(guò)程中雷達(dá)液位計(jì)的使用方法提供了一些啟示。

 

　1 背景介紹

     工業(yè)中經(jīng)常會(huì)遇到對(duì)容器內(nèi)液體的物位測(cè)量的情況，人們運(yùn)用多種方法來(lái)進(jìn)行液位的測(cè)量，導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)和普通雷達(dá)液位計(jì)就是兩種常用的液位測(cè)量?jī)x表。但由于環(huán)境和工況等因素的影響，導(dǎo)致兩者在液位測(cè)量過(guò)程中均存在很大的局限性。特別是在焦化行業(yè)中槽體等雜質(zhì)較多的環(huán)境，導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)為接觸式測(cè)量，其導(dǎo)波桿會(huì)被粘上焦油等雜質(zhì)，從而影響液位計(jì)的正常測(cè)量。與之相比，可實(shí)現(xiàn)非接觸式測(cè)量的雷達(dá)液位計(jì)更顯優(yōu)勢(shì)，其不接觸被測(cè)量介質(zhì)，從而避免了上述情況的出現(xiàn)，但液面波動(dòng)也會(huì)影響普通雷達(dá)液位計(jì)的測(cè)量精度。采用非接觸式液位測(cè)量的方式還有超聲波液位計(jì)，但其信號(hào)的“拖尾”現(xiàn)象影響了**時(shí)間準(zhǔn)確性，進(jìn)而影響液位測(cè)量的精度。雷達(dá)液位計(jì)是一種采用微波測(cè)量技術(shù)的非接觸式液位測(cè)量?jī)x表，目前較為廣泛地應(yīng)用于地下槽體的液位測(cè)量。當(dāng)被測(cè)量液面平靜時(shí)，雷達(dá)波反射較好、測(cè)量精度高。但實(shí)際應(yīng)用中，由于槽體內(nèi)液位環(huán)境較為復(fù)雜，設(shè)備受到漂浮物、結(jié)冰、液體流入和泵出時(shí)造成的液面波動(dòng)、雷達(dá)天線表面結(jié)晶等因素干擾，會(huì)出現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)波動(dòng)，這將直接導(dǎo)致測(cè)量數(shù)據(jù)無(wú)法真實(shí)反映液位信息。

 

　　針對(duì)以上影響槽體液位測(cè)量的因素，對(duì)雷達(dá)液位計(jì)及其附屬設(shè)備的結(jié)構(gòu)和測(cè)量方法進(jìn)行了針對(duì)性改進(jìn)，可有效避免以上干擾因素對(duì)液位測(cè)量結(jié)果的影響，保證雷達(dá)液位計(jì)的可靠運(yùn)行。多次試驗(yàn)表明，該方法穩(wěn)定、可靠，改進(jìn)后的測(cè)量系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中具有良好的使用效果。

　　2 雷達(dá)液位計(jì)的組成及工作原理

　　2.1 組成概述

雷達(dá)液位計(jì)由天線系統(tǒng)、電子部件、微處理器組成。天線系統(tǒng)的作用是為了發(fā)射微波脈沖和接收反射回波，電子部件將時(shí)間信號(hào)轉(zhuǎn)換成物位信號(hào)，微處理器可以準(zhǔn)確分辨出物位回波去除虛假回波。普通雷達(dá)液位計(jì)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

 

　　2.2 工作原理

雷達(dá)液位計(jì)的工作原理是通過(guò)天線向被測(cè)介質(zhì)物位發(fā)射電磁波，測(cè)出電磁波發(fā)射和反射回來(lái)的時(shí)間，從而計(jì)算出容器內(nèi)液位。雷達(dá)液位計(jì)的天線系統(tǒng)發(fā)射窄的電磁波脈沖。這個(gè)脈沖以光速在空間內(nèi)傳播，遇到被測(cè)介質(zhì)表面，其部分能量被反射回來(lái)，被同一個(gè)天線系統(tǒng)接收。發(fā)射脈沖與接收脈沖的時(shí)間間隔與天線系統(tǒng)到被測(cè)介質(zhì)表面的距離成正比。通過(guò)分析天線發(fā)射波與介質(zhì)液位反射波之間的時(shí)間差與微波波速之間的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)容器介質(zhì)液位的測(cè)量。由于電磁波的傳播速度高，發(fā)射脈沖與接收脈沖的時(shí)間間隔很?。╪s 量級(jí)），因此很難確認(rèn)時(shí)間間隔大?。?］。目前，市場(chǎng)主流雷達(dá)液位計(jì)有兩類，一類是發(fā)射頻率固定不變的雷達(dá)液位計(jì)， 另一類是等幅可調(diào)頻率雷達(dá)液位計(jì)。

 

雷達(dá)液位計(jì)具有以下兩個(gè)特點(diǎn)：①無(wú)位移，無(wú)傳動(dòng)部件，非接觸式測(cè)量，不受溫度、壓力、蒸汽、氣霧和粉塵的限制，適用于黏度大的介質(zhì)、有毒或無(wú)毒衛(wèi)生型介質(zhì)、有腐蝕性介質(zhì)的物位測(cè)量；②雷達(dá)液位計(jì)沒(méi)有測(cè)量盲區(qū)，可實(shí)現(xiàn)很高的精確度（分辨率），液位測(cè)量誤差zui高可達(dá)1 mm（特殊情況下可達(dá)到0.1 mm），故其可作為商用計(jì)量?jī)x表。

 

　　3 影響雷達(dá)液位計(jì)測(cè)量的因素

影響雷達(dá)液位計(jì)測(cè)量的因素主要有以下三個(gè)。

 

　　①環(huán)境溫度。

環(huán)境溫度會(huì)造成槽體內(nèi)易揮發(fā)的介質(zhì)結(jié)晶附著在雷達(dá)液位計(jì)的天線表面，從而嚴(yán)重影響天線系統(tǒng)的信號(hào)發(fā)射和接收，造成測(cè)量數(shù)值的波動(dòng)和假值。測(cè)量過(guò)程中介質(zhì)的不同溫差對(duì)雷達(dá)液位計(jì)的測(cè)量偏差有著重要的影響。

 

　?、谡羝?。

被測(cè)量槽體內(nèi)介質(zhì)上方會(huì)存在大量的蒸汽，由于罐體處于地下，罐壁氣溫較低，蒸汽會(huì)在豎直的罐壁上凝結(jié)成液體小水珠。如果冷凝后的液體水珠不能將罐壁潤(rùn)濕，必然在罐壁上方產(chǎn)生很多小液滴。隨著蒸汽量的增加，小液滴匯集后因重力影響落入罐內(nèi)，并形成液滴形成、匯集、掉落的循環(huán)過(guò)程。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，罐壁上液滴*多，液位計(jì)顯示波動(dòng)*嚴(yán)重。由此說(shuō)明罐壁上的液滴也是影響雷達(dá)液位計(jì)測(cè)量結(jié)果的重要因素。分析可知，雷達(dá)天線發(fā)射的電磁波遇到罐壁上的液滴后發(fā)生不規(guī)則的反射回波，雷達(dá)液位計(jì)信號(hào)處理系統(tǒng)無(wú)法區(qū)分這些反射回波，從而引發(fā)液位測(cè)量故障。

 

　?、垡后w的湍動(dòng)和氣泡。

罐體內(nèi)液體的流入和泵出會(huì)造成罐內(nèi)介質(zhì)液面的湍動(dòng)和氣泡的產(chǎn)生。這不僅會(huì)造成電磁波的吸收和散射，還會(huì)造成電磁波的折射和反射，衰減反射回天線的有效電磁波信號(hào)的強(qiáng)度，嚴(yán)重影響雷達(dá)液位計(jì)的準(zhǔn)確測(cè)量。

 

　　4 雷達(dá)液位計(jì)的改進(jìn)措施及應(yīng)用

　　4.1 測(cè)量結(jié)構(gòu)及應(yīng)用

針對(duì)以上影響雷達(dá)液位計(jì)測(cè)量的因素，對(duì)雷達(dá)液位計(jì)的整體測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)。改進(jìn)型雷達(dá)液位計(jì)結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

 

 

改進(jìn)型雷達(dá)液位計(jì)在普通雷達(dá)液位計(jì)的基礎(chǔ)上增加了導(dǎo)波管和浮球。其中，導(dǎo)波管須垂直于液面安裝；浮球處于導(dǎo)波管內(nèi)部，其直徑與導(dǎo)波管直徑相當(dāng)，材料視容器內(nèi)介質(zhì)密度而定，材料密度應(yīng)小于介質(zhì)密度，使其漂浮在介質(zhì)表面，且可以隨著液位的升高在浮力的影響下于導(dǎo)波管內(nèi)部上下移動(dòng)。導(dǎo)波管上部和下部均設(shè)一開孔，考慮到被測(cè)介質(zhì)內(nèi)雜質(zhì)堵塞導(dǎo)波管下部開孔位置，可根據(jù)實(shí)際，在不影響測(cè)量導(dǎo)波管結(jié)構(gòu)安全的情況下， 增加下開孔處環(huán)導(dǎo)波管同一平面的開孔數(shù)量。導(dǎo)波管上開孔可使浮球上部與容器內(nèi)上部氣壓一致，保證導(dǎo)波管內(nèi)外液面相同。改進(jìn)型雷達(dá)液位計(jì)天線發(fā)射的電磁波可以沿著導(dǎo)波管射向浮球，并接收浮球反射回的電磁波，從而通過(guò)計(jì)算浮球高度獲得槽體內(nèi)介質(zhì)液面高度。

 

改進(jìn)型雷達(dá)液位計(jì)安裝方便，可用于封閉式、半封閉式以及開放式容器的液位測(cè)量。導(dǎo)波管可以阻擋由于外界湍流和氣泡引起的內(nèi)部液面波動(dòng)，有效地降低了介質(zhì)液面波動(dòng)引起的測(cè)量誤差。通過(guò)加裝測(cè)量套管，減小了導(dǎo)波管內(nèi)介質(zhì)液面的揮發(fā)面積，有效降低了易結(jié)晶介質(zhì)揮發(fā)后引起的測(cè)量誤差。

 

通過(guò)運(yùn)行液位補(bǔ)償算法，可使液位測(cè)量結(jié)果更趨穩(wěn)定和精確。

 

　　4.2 測(cè)量結(jié)構(gòu)安裝要點(diǎn)

改進(jìn)型雷達(dá)液位計(jì)在安裝時(shí)，要與罐壁保持一定的距離，并盡量避開加熱管和攪拌機(jī)構(gòu)，這樣才能有效避免其對(duì)改進(jìn)型雷達(dá)液位計(jì)的干擾，確保改進(jìn)型雷達(dá)液位計(jì)準(zhǔn)確測(cè)出液位。改進(jìn)型雷達(dá)液位計(jì)的天線使用錐體天線zui佳。錐體天線沒(méi)有防護(hù)罩，可以有效防止被測(cè)介質(zhì)因溫度而出現(xiàn)天線表面結(jié)晶現(xiàn)象，從而給測(cè)量帶來(lái)不必要的影響。

 

導(dǎo)波管在安裝時(shí)一定要垂直于被測(cè)液面。電磁波的時(shí)間行程變化與導(dǎo)波管的直徑及其內(nèi)部的平整程度有很大關(guān)系。如果導(dǎo)波管內(nèi)部不平整，會(huì)造成電磁波的回程時(shí)間增加且強(qiáng)度減弱，從而不能得出準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。

 

　　4.3 設(shè)備應(yīng)用

改進(jìn)型雷達(dá)液位計(jì)被用于罐體及地下槽體液位的測(cè)量，精度提高到0.1 mm，測(cè)量結(jié)果穩(wěn)定可靠。重要的是，該設(shè)計(jì)有效排除了外界測(cè)量環(huán)境對(duì)測(cè)量過(guò)程的影響，維護(hù)量小，節(jié)約了人工和材料成本，取得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。穩(wěn)定、測(cè)量結(jié)果為安全提供了有效的保障。

 

　　5 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)雷達(dá)液位計(jì)在實(shí)際使用過(guò)程中遇到蒸汽量大、液面擾動(dòng)、揮發(fā)介質(zhì)結(jié)晶等直接影響測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確性的狀況，通過(guò)在傳統(tǒng)的容器液位測(cè)量裝置上加裝一種內(nèi)含浮球的導(dǎo)波管裝置，有效地減小了雷達(dá)液位計(jì)天線處由于蒸汽凝結(jié)、介質(zhì)結(jié)晶、罐內(nèi)介質(zhì)液面波動(dòng)引起的液位測(cè)量誤差。這樣就保證了液位測(cè)量精度，有效地排除了環(huán)境和介質(zhì)屬性等因素對(duì)改進(jìn)型雷達(dá)液位計(jì)測(cè)量過(guò)程的影響。

 

化工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境比較復(fù)雜，容器液位的測(cè)量受到多方面的影響。如果不能測(cè)量出容器的液位變化情況，易發(fā)生不可挽回的安全事故，造成重大的人員和財(cái)產(chǎn)損失。針對(duì)改進(jìn)后的測(cè)量裝置的安裝、使用、維護(hù)和故障處理，提出以下幾點(diǎn)建議。

①應(yīng)針對(duì)被測(cè)量介質(zhì)的屬性、測(cè)量環(huán)境和容器結(jié)構(gòu)等狀況，進(jìn)行雷達(dá)液位計(jì)合理的選型工作。

②須嚴(yán)格控制雷達(dá)液位計(jì)工作環(huán)境的溫度穩(wěn)定，使其在滿足工藝條件下維持一個(gè)相對(duì)不利于被測(cè)介質(zhì)揮發(fā)的溫度區(qū)間，并實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測(cè)。

③應(yīng)根據(jù)電磁波特性，保持波速一定，降低雷達(dá)液位計(jì)發(fā)射的電磁波頻率，可有效增大電磁波的波長(zhǎng)。大波長(zhǎng)電磁波遇到液滴可發(fā)生衍射，降低因液滴發(fā)生電磁波反射的頻率，避免了其對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。

④須建立雷達(dá)液位計(jì)臺(tái)賬，完善每臺(tái)檢測(cè)儀器的信息，掌握其動(dòng)態(tài)測(cè)量信息，加強(qiáng)巡檢力度，定期對(duì)雷達(dá)液位計(jì)進(jìn)行維護(hù)。定。該標(biāo)準(zhǔn)具有開創(chuàng)性。

 

　?。?）權(quán)威性與科學(xué)性。

　?、贆?quán)威性。

任何一個(gè)國(guó)家的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，皆代表國(guó)家形象與技術(shù)水平。因此，作為標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)具有權(quán)威性、科學(xué)性與實(shí)用性。該標(biāo)準(zhǔn)邀請(qǐng)國(guó)家計(jì)量科學(xué)研究院、中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司北京長(zhǎng)城計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究所、東北大學(xué)、上海工業(yè)自動(dòng)化儀表研究院等國(guó)內(nèi)權(quán)威計(jì)量、科研、高等院校及單位共同完成。由此可以看出，該標(biāo)準(zhǔn)的編制具有很強(qiáng)的實(shí)用性與權(quán)威性。

 

　?、诳茖W(xué)性。

該標(biāo)準(zhǔn)無(wú)國(guó)內(nèi)外可參考的數(shù)據(jù)。因此，須以科學(xué)試驗(yàn)數(shù)據(jù)作為編制該標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)與依據(jù)，進(jìn)行大量試驗(yàn)。為此，在編制過(guò)程中為了確定熱電動(dòng)勢(shì)的穩(wěn)定性試驗(yàn)時(shí)間，進(jìn)行了1 000 多小時(shí)的高溫試驗(yàn)。同樣地，為了確定常溫與高溫絕緣電阻值，也進(jìn)行了多次試驗(yàn)?？傊?，該標(biāo)準(zhǔn)以自行試驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，認(rèn)真聽取各方意見，經(jīng)反復(fù)討論推敲后，確定了各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。

 

 

　　該標(biāo)準(zhǔn)自2011年10月21日下達(dá)計(jì)劃，至2015年11 月，經(jīng)過(guò)四年的艱苦努力，新標(biāo)準(zhǔn)終于批準(zhǔn)發(fā)布了。工業(yè)鎢錸熱電偶將告別無(wú)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)代。新標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布必將促進(jìn)我國(guó)乃至世界工業(yè)鎢錸熱電偶的發(fā)展與應(yīng)用。當(dāng)然，標(biāo)準(zhǔn)尚有不完善之處，有待在今后的工作中進(jìn)一步修改與補(bǔ)充。