雷達(dá)液位計(jì)是20世紀(jì)60年代中期國(guó)外開(kāi)始生產(chǎn)使用的新技術(shù)產(chǎn)品。它是一種采用微波測(cè)量技術(shù)、非接觸式的液位測(cè)量?jī)x表。在初期，它主要用于海船油槽液位測(cè)量。它克服了以前使用機(jī)械式接觸型液位儀表的諸多缺點(diǎn)，比如清洗的困難和維修的不便等。隨后，雷達(dá)液位計(jì)被用于在岸上儲(chǔ)罐液位的測(cè)量以及煉油裝置中液位的測(cè)量。隨著石油化工行業(yè)的不斷發(fā)展，雷達(dá)液位計(jì)的應(yīng)用范圍日益廣泛，特別是高精度的特點(diǎn)得到了計(jì)量機(jī)構(gòu)的認(rèn)證，滿足貿(mào)易交接的物料計(jì)量要求。
一、雷達(dá)液位計(jì)的測(cè)量原理與特點(diǎn)
雷達(dá)液位計(jì)是利用超高頻電磁波經(jīng)天線向被測(cè)容器的液面發(fā)射，當(dāng)電磁波到達(dá)液面后反射回來(lái)，被同**線接收并檢測(cè)出發(fā)射波及回波的時(shí)差，從而計(jì)算出液面高度。
雷達(dá)液位計(jì)有2種工作模式，分別對(duì)應(yīng)兩種測(cè)量原理。
1.脈沖微波方式(PTOF)
這種方式是一種“俯視式”時(shí)間行程測(cè)量系統(tǒng)，測(cè)量系統(tǒng)經(jīng)過(guò)天線以固定的帶寬周期地發(fā)射某一固定頻率的微波脈沖，在被測(cè)物料表而產(chǎn)生反射后由雷達(dá)系統(tǒng)所接收。天線接收反射的微波脈沖并將其傳給電子線路，微處理器對(duì)此信號(hào)進(jìn)行處理，識(shí)別出微波脈沖在物料表而所產(chǎn)生的回波，并據(jù)此計(jì)算液位(如圖1所不)，將被測(cè)液位距離成正比關(guān)系的時(shí)間再轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。
2.調(diào)頻連續(xù)波方式(FMCW)
這種方式的雷達(dá)液位計(jì)的微波源是x波段的旅控振蕩器，天線發(fā)射的微波是頻率被線形調(diào)制的連續(xù)波，當(dāng)回波被天線接收到時(shí)，微波發(fā)射頻率已經(jīng)改變。發(fā)射波與回波的頻率差正比于天線到液面的距離，以此計(jì)算出液位高度。
二、PTOF法與FMCW法的比較
對(duì)于PTOF方法，脈沖的時(shí)間行程可以直接返回到不受溫度影響的石英振蕩器。對(duì)于FMCW方法，必須采用昂貴的振蕩器溫度穩(wěn)定裝置，或安裝內(nèi)部的參考源，通常需要不斷地進(jìn)行校準(zhǔn)。
采用PTOF方法測(cè)量的雷達(dá)僅在很少的工作時(shí)間內(nèi)向振蕩系統(tǒng)供電，采用FMCW方法的雷達(dá)液位計(jì)在整個(gè)工作過(guò)程期間，約有一半的時(shí)間需向振蕩系統(tǒng)供電。
PTOF法的雷達(dá)液位計(jì)制造成本相對(duì)較低，F(xiàn)MCW法的雷達(dá)液位計(jì)制造成本相對(duì)較高。
從雷達(dá)液位計(jì)的制造商來(lái)看，德國(guó)的Endress + Hauler公司和VECA等公司制造的雷達(dá)液位計(jì)采用的是高精度的微波脈沖測(cè)量原理。瑞典的SAAB公司和荷蘭的ENRAF公司生產(chǎn)的雷達(dá)液位計(jì)采用的是調(diào)頻連續(xù)波測(cè)量原理。
關(guān)于用哪種方法可以得到更高的精度在雷達(dá)液位計(jì)制造商中一直存在著爭(zhēng)論。事實(shí)上，目前根據(jù)兩種測(cè)量原理制造的雷達(dá)液位計(jì)均可在相當(dāng)寬的溫度范圍內(nèi)保證1mm甚至更高的精度。各雷達(dá)液位計(jì)制造商在產(chǎn)品類(lèi)型方面均可提供工業(yè)控制級(jí)雷達(dá)和貿(mào)易計(jì)量級(jí)雷達(dá)。
三、雷達(dá)液位計(jì)的特點(diǎn)
1.雷達(dá)液位計(jì)主要由電子控制單元和天線構(gòu)成，無(wú)可動(dòng)部件，不存在機(jī)械磨損，與機(jī)械部件的液位測(cè)量?jī)x表相比使用壽命較長(zhǎng)。真正免維護(hù)。
2.雷達(dá)液位計(jì)能用于大部分液位的液位測(cè)量，其發(fā)出的微波能穿過(guò)真空，不需要傳輸媒介，受大氣、蒸汽、罐內(nèi)揮發(fā)霧的影響小。
3.采用非接觸式測(cè)量，不受罐內(nèi)液位密度、濃度等物理特性影響。測(cè)量范圍大、抗腐蝕能力強(qiáng)。
4.安裝方便、故障率低、維護(hù)容易、精度高、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。
5.采用數(shù)字與模擬兩種輸出方式，可以單臺(tái)或多臺(tái)按總線式配置，能方便地與上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)相連接。
6.儀表輻射率低，對(duì)周?chē)h(huán)境及人員基本上沒(méi)有傷害。
四、雷達(dá)液位計(jì)的選型與應(yīng)用
雷達(dá)液位計(jì)的種類(lèi)繁多，選型時(shí)一首先要考慮被測(cè)介質(zhì)的溫度、壓力、密度、粘度及腐蝕性等特性對(duì)其使用性能的影響。因此，在選型時(shí)一要針對(duì)介質(zhì)在特定工況下的特性來(lái)選取適宜的天線和表頭。對(duì)于體積較小、形狀復(fù)雜的罐體或需測(cè)量多種液體分界面的應(yīng)用場(chǎng)合，推薦采用導(dǎo)波纜天線雷達(dá)液位計(jì)；對(duì)測(cè)量環(huán)境較復(fù)雜的罐體，如介質(zhì)易揮發(fā)、腐蝕及高壓和高溫等，推薦使用非接觸天線雷達(dá)液位計(jì)，由于液位計(jì)與介質(zhì)不接觸，就能避免由于介質(zhì)的物理和化學(xué)性質(zhì)影響其計(jì)量精度或?qū)σ何挥?jì)本身的損傷。
依據(jù)介質(zhì)測(cè)量的目的選擇不同測(cè)量精度的雷達(dá)液位計(jì)。如果僅用于內(nèi)部成本核算，精度要求不需要太高;如果用于貿(mào)易交接，就必須選擇高精度的雷達(dá)液位計(jì)。為節(jié)約投資，在計(jì)量精度滿足需求的前提下可選用性?xún)r(jià)比高的產(chǎn)品。由于雷達(dá)液位計(jì)的精度、日常維護(hù)和使用壽命直接影響企業(yè)的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益，所以過(guò)硬的質(zhì)量和滿意的售后服務(wù)對(duì)用戶(hù)來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。
選型原則主要從以下幾方面考慮，具體遵循相應(yīng)的儀表選型規(guī)范:
(1)儀表性能；
(2)介質(zhì)特性；
(3)安裝條件；
(4)環(huán)境條件；
(5)經(jīng)濟(jì)因素。
雷達(dá)液位計(jì)由電子控制單元和天線組成，雷達(dá)液位計(jì)的精度在實(shí)際應(yīng)用中與理論環(huán)境下略有差異。主要原因是罐體及其內(nèi)部的障礙物對(duì)微波的干擾決定了所能得到的精度。主要因素有:
(1)儀表內(nèi)部及天線連接處的阻抗躍變；
(2)罐內(nèi)的障礙物的干擾反射；
(3)由罐壁、罐頂、及罐底引起的多次反射；
(4)液位表面的波紋造成的反射干擾。
此外，液位介質(zhì)特性對(duì)測(cè)量范圍有一定影響，介電常數(shù)較小的液體，對(duì)雷達(dá)液位計(jì)的測(cè)量距離影響大，使測(cè)量范圍縮小;介電常數(shù)較大的液體，對(duì)雷達(dá)液位計(jì)的測(cè)量距離影響小，使測(cè)量范圍增大。 隨著石油化工行業(yè)的不斷發(fā)展，雷達(dá)液位計(jì)也在不斷的改進(jìn)。為了適應(yīng)各種使用環(huán)境的特殊要求，各型雷達(dá)液位計(jì)都實(shí)行了系列化設(shè)計(jì)。根據(jù)不同的測(cè)量精度要求，可以選用工業(yè)控制級(jí)雷達(dá)液位計(jì)或者貿(mào)易計(jì)量級(jí)雷達(dá)液位計(jì)。根據(jù)雷達(dá)液位計(jì)的特點(diǎn)，則可以得出雷達(dá)液位計(jì)適合應(yīng)用于安裝使用方便、工作環(huán)境惡劣、一般機(jī)械儀表難以適用、精度要求高的場(chǎng)所的結(jié)論。其適用范圍包括以下場(chǎng)合：
(1)雷達(dá)液位計(jì)可用于易燃、易爆、強(qiáng)腐蝕性等介質(zhì)的液位測(cè)量，特別適用于大型立罐和球罐等測(cè)量。
(2)雷達(dá)液位計(jì)適用于從真空到幾兆帕的壓力，從零下到200℃的過(guò)程溫度到采用高溫天線時(shí)可達(dá)400℃。
(3)儀表的精度分為工業(yè)測(cè)量級(jí)和計(jì)量級(jí)精度，可滿足不同測(cè)量要求和計(jì)量的要求。
(4)采用不同的安裝方式來(lái)滿足球罐、拱頂罐、內(nèi)浮頂罐和外浮頂罐的測(cè)量要求。
各種型號(hào)的雷達(dá)液位計(jì)的性能各有特色，應(yīng)根據(jù)使用要求、被測(cè)介質(zhì)的溫度、壓力、腐蝕特性和使用空間尺寸等具體工況來(lái)分析確定適合選用的型號(hào)。如配備不同的天線可以滿足各種測(cè)量要求，常用的錐體天線可用于安裝在緩沖罐和儲(chǔ)罐的罐頂或其導(dǎo)波管上，適用大測(cè)量范圍的測(cè)量場(chǎng)所，而拋物面天線適用于液相與固相料位的測(cè)量場(chǎng)所，并可用于極長(zhǎng)距離的測(cè)量，小的喇叭天線則適用于小型容器，平面天線則適用于多種工況。
另外，由于雷達(dá)液位計(jì)是采用測(cè)空高的方法來(lái)得到液位高度的，就是說(shuō)測(cè)量自罐頂測(cè)量參考點(diǎn)到液面的距離。用參照高度(計(jì)量零點(diǎn)至參照點(diǎn)到液面的距離)減去空高可以得到罐內(nèi)液位高度的實(shí)際值。儲(chǔ)罐內(nèi)液體靜壓力、溫度的改變都會(huì)引起參照高度的隨機(jī)變化，導(dǎo)致測(cè)量誤差。所以在實(shí)際使用需要計(jì)量的場(chǎng)合，雷達(dá)液位計(jì)與多點(diǎn)溫度計(jì)以及壓力變送器共同組成大罐液位計(jì)量系統(tǒng)。
五、雷達(dá)液位計(jì)的安裝
按照石油化工儀表安裝設(shè)計(jì)規(guī)范(SH/T 3104一2000)的6. 0. 7 ,對(duì)于超聲波及微波(雷達(dá))液(料)位計(jì)的安裝要求如下:
(1)測(cè)量液位的場(chǎng)合，宜垂直向下檢測(cè)安裝；
(2)測(cè)量料位的場(chǎng)合，微波的波束宜指向料倉(cāng)底部的出料口；
(3)微波的波束中心距容器壁的距離應(yīng)大于由束射角、測(cè)量范圍計(jì)算出來(lái)的低液(料)位處的波束半徑；
(4)微波的波束途徑應(yīng)避開(kāi)容器進(jìn)料流束的噴射范圍;
(5)微波的波束途徑應(yīng)避開(kāi)攪拌器及其它障礙物。
微波液(料)位計(jì)的安裝，還應(yīng)符合制造廠的要求。
此外，浮頂式罐體和具有觀測(cè)管的球型罐體，通常使用導(dǎo)波管，主要是為了有可能因容器形狀而學(xué)致多重回波產(chǎn)生的干擾影響，或是在測(cè)量相對(duì)介電常數(shù)較小的介質(zhì)時(shí)用來(lái)提高反射回波能量。安裝時(shí)應(yīng)使液位計(jì)位于導(dǎo)波管中心，導(dǎo)波管的焊縫應(yīng)處理成光滑無(wú)毛刺，并且鐵銹或雜質(zhì)，以確保測(cè)量精度。
六、結(jié)語(yǔ)
液位測(cè)量?jī)x表種類(lèi)繁多，每種測(cè)量方式均有其特點(diǎn)和針對(duì)性。雷達(dá)液位計(jì)在液位測(cè)量中可以滿足一定的測(cè)量要求，其工作性能穩(wěn)定可靠，操作方便，抗*力強(qiáng)，可測(cè)介質(zhì)多，可以達(dá)到較高的測(cè)量精度，所以雷達(dá)液位計(jì)必然會(huì)以其特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)在石化行業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。但雷達(dá)液位計(jì)同樣具有其局限性，如過(guò)高的價(jià)格，對(duì)介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)有一定要求等。因此在選用時(shí)，應(yīng)按照實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合的需求、工程項(xiàng)目特點(diǎn)、設(shè)計(jì)條件和費(fèi)用等方面來(lái)綜合考慮，保證經(jīng)濟(jì)適用、可靠。
雷達(dá)液位計(jì)實(shí)物圖片：