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定華雷達(dá)知識講堂:油庫雷達(dá)液位計設(shè)計選型

? 來源:西安定華電子 ? 作者:西安定華電子 ? 2022-11-23 08:59 ? 次閱讀
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DHE-RD系列雷達(dá)物位計可廣泛應(yīng)用于液體和固體的物位測量。即使是在高壓、腐蝕性強、衛(wèi)生要求高或者極端工況下,也能連續(xù)測量各種介質(zhì)的物位高度。DHE-RD系列雷達(dá)物位計根據(jù)測量目的、物料特性和儲罐環(huán)境的不同,分為非接觸式雷達(dá)物位計和接觸式雷達(dá)(導(dǎo)波)物位計。

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目前國內(nèi)外用于貿(mào)易交接計量的儲罐液位自動計量系統(tǒng)通常是混合式油罐測量系統(tǒng)(HTMS,hybrid tank measurement system)。HTMS中最常用的就是雷達(dá)液位計。雷達(dá)液位計沒有活動部件,沒有機械磨損,實際使用中發(fā)現(xiàn)工作時間一般都能達(dá)到10年,不污染環(huán)境,安裝方便。當(dāng)儲罐內(nèi)介質(zhì)比較粘稠、腐蝕性強時,非常適用。雷達(dá)液位計的精度高,工作溫度范圍寬,最大工作壓力可達(dá)4MPa,測量范圍為0-40m。通過采用不同的天線形式及導(dǎo)波管的應(yīng)用能夠滿足測量大部分儲罐液位的要求。

1.工作原理及分類

滿足貿(mào)易交接計量精度(±1mm)的雷達(dá)都是非接觸式雷達(dá)液位計。從測量原理上基本分為2大類:

(1)基于時間差法(time of flight):天線發(fā)射以光速傳播的電磁波,當(dāng)滯后一段時間電磁波碰到液面后,會反射回來。距離與滯后時間成正比,儀表通過測出從發(fā)射到接受之間的滯后時間,來確定設(shè)定面與反射面之間的距離(空高)。

(2)復(fù)合調(diào)頻式原理(FMCW)。線性調(diào)頻的等幅微波信號通過天線發(fā)射出去,遇到障礙物時被反射回來,延遲一段時間后,儀表接受被反射回來的微波信號,并與部分發(fā)射波混頻?;祛l輸出信號的頻率與被測距離成正比。當(dāng)固態(tài)源的調(diào)制頻率和頻偏一定時,只要測出差頻頻率,通過信號處理技術(shù)就可以計算得到距離(空高)。

2.液位測量影響因素

2.1罐內(nèi)溫度對儀表測量精度的影響

雷達(dá)天線發(fā)射的電磁波在真空中也可以傳播。在空氣中傳播時,溫度變化基本不影響其傳播速率。當(dāng)被測介質(zhì)溫度發(fā)生變化時,其帶來的反射時間變化很小。

2.2罐內(nèi)壓力對儀表測量精度的影響

微波傳播幾乎不受空氣密度變化的影響,因此雷達(dá)液位計能在真空或受壓狀態(tài)下正常工作,真空狀態(tài)下微波傳播速率相對空氣狀態(tài)下僅變化0.029%;但當(dāng)操作壓力高到某一范圍時,壓力對測量帶來的誤差就不容忽視。

2.3介質(zhì)特性對測量的影響

液體介質(zhì)的相對介電常數(shù)、液體表面的穩(wěn)定程度和氣泡等因素都會影響雷達(dá)波信號的反射,可能導(dǎo)致液位計無法正常工作。

雷達(dá)液位計測量罐內(nèi)液面時,最好是穩(wěn)定的,規(guī)則的液面。但是當(dāng)液體有流進(jìn)流出時,會有波浪使液面波動,在生產(chǎn)過程中還可能出現(xiàn)沸騰或起泡沫的現(xiàn)象,使液面變得模糊。

電磁波在介質(zhì)中傳播時,介質(zhì)的介電常數(shù)越小,衰減率越大,衰減率大了反射率就小。所以介電常數(shù)小,反射率弱,信號強度低。當(dāng)被測介質(zhì)的相對介電常數(shù)小到一定值時,雷達(dá)波的有效反射信號衰減過大,儀表接受到的反射波能量過小,再加上干擾波會導(dǎo)致液位計無法正常工作。不同公司的雷達(dá)液位計對最小相對介電常數(shù)的要求是不同的,這是因為介電常數(shù)的大小與溫度和電磁場有關(guān)。但是通過其他措施減少電磁波反射能量損失或提高儀表內(nèi)部的信號處理技術(shù),儀表對相對介電常數(shù)最低值的硬性要求也越來越小。目前主要廠商(如:Honeywell,Saab)的產(chǎn)品可以測量相對介電常數(shù)只有1.2的介質(zhì)。

對于沸騰或擾動大的液面或被測介質(zhì)介電常數(shù)小,或為消除儲罐、容器結(jié)構(gòu)形狀可能導(dǎo)致的干擾影響,應(yīng)采用導(dǎo)波管及其它措施,增強回波信號,以確保測量精度。

3.天線形式及設(shè)計選型

天線的結(jié)構(gòu)形式及材質(zhì),應(yīng)根據(jù)被測介質(zhì)的特性,儲罐類型、開口、罐內(nèi)溫度、壓力等因素確定。常見的形式有喇叭形(錐形)天線,拋物面天線,導(dǎo)波管陣列(平面)天線和棒狀天線等。

對于常規(guī)的拱頂罐,雷達(dá)液位計應(yīng)是喇叭形(錐形)天線設(shè)計,可無需使用導(dǎo)向管,且可以靠近罐壁安裝,并保證測量的準(zhǔn)確度。

對于比較粘稠和需要伴熱的拱頂罐,具有抗粘連能力的拋物面天線雷達(dá)非常適合,通常不用設(shè)導(dǎo)波管。

對于浮頂罐,雷達(dá)液位計應(yīng)采用平面天線設(shè)計,以便于安裝在油罐的導(dǎo)波管上。

對于高壓球罐,天線形式為加長喇叭口天線配導(dǎo)波管,還要配套提供一體化球閥,便于雷達(dá)液位計在帶壓狀態(tài)下的維護。為了在儲罐帶壓運行條件下進(jìn)行測量校驗,需要安裝參考設(shè)備:在導(dǎo)波管孔內(nèi)的參考針以及位于下方管道末端的帶參考環(huán)的反射板可在固定距離和己知的距離提供參考回波。

4.安裝注意事項

雷達(dá)液位要杜絕安裝儲罐頂部的中心處,這是因為天線發(fā)射的電磁波是在罐內(nèi)整個空間傳播的,罐壁和罐底反射回來的電磁波會集中在中心處,形成很大的干擾,會淹沒正常的從介質(zhì)表面反射回來的電磁波。

采用喇叭天線雷達(dá)液位計,天線伸出接管至少10mm,如果在容器上的接管長度無法滿足上述要求,可以使用天線延伸管或咨詢制造廠設(shè)計合適的接管長度。

沒有配置導(dǎo)波管的雷達(dá)液位計根據(jù)天線形式的不同,所要求的儀表安裝連接短管距罐內(nèi)壁的距離也不同。通常,液位計連接短管中心距管內(nèi)壁的距離不宜小于波束寬的1/2。波束寬=2X測量距離Xtan(波束角/2),波束角為雷達(dá)波能力密度達(dá)到最大值的一半時的角度。當(dāng)天線發(fā)射的微波頻率固定時,尺寸越大,波束角越小。拋物面天線相比于喇叭形天線,波束寬要小的多。

審核編輯黃昊宇

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