董民

【摘 要】介紹雷達物位計的測量原理，探討它的選型，安裝以及使用中的故障處理，分析原因解決使用中的問題。

【關鍵詞】雷達物位計；FMCW

隨著我國的工業(yè)發(fā)展水平在不斷提高，也推動了儀表行業(yè)的快速發(fā)展，其中，雷達物位計作為其中最常用的測量儀器被越來越廣泛應用。智能雷達物位計憑借自身特殊的非接觸式測量的特性，經(jīng)常被應用于對有污染性和腐蝕性的介質(zhì)進行準確的測量，主要適用于化工、石化、化纖、食品行業(yè)及一般工業(yè)應用。隨著雷達物位計在市場普遍應用，本文以KROHNE公司BM70X系列雷達物位計為例，著重探討它的選型，安裝以及使用方面的一些常見問題，分析原因解決使用中的問題。

1.雷達物位計簡介

KROHNE公司BM70X系列雷達物位計采用非接觸式測量方法。該技術目前較成熟測量技術在化工、石化等過程工業(yè)領域，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物位計的使用優(yōu)勢.連續(xù)準確測量：由于雷達物位計不與被測介質(zhì)接觸，且受溫度、壓力、氣體等影響非常小。維護方便，操作簡單：雷達物位計具有故障報警及自診斷功能。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。安裝簡單：在各行業(yè)應用中，雷達物位計可直接安裝到儲罐頂部，安裝十分簡單。

產(chǎn)品特性，10Ghz FMCW非接觸雷達技術，具有高精度，高穩(wěn)定性，高可靠性；二線（四線）制供電4-20MA+HART輸出，PD-CAT軟件支持，模塊化設計，免維護。

2.雷達物位計的基本測量原理

雷達液位計目前有兩種主要使用的測量方式，微波脈沖（PTOF）測量方式，連續(xù)波線性調(diào)頻（FMCW）測量方式.，F(xiàn)MCW優(yōu)點是使用更高更寬的微波信號，能夠更好的分辨反射信號，更容易降低煩擾信號的影響；更高的發(fā)射頻率，更小的發(fā)射角度，更好的抗反射信號干擾；更高的發(fā)射頻率，對于相同量程測量，能夠使用更小的天線直徑。

BM70X雷達物位計使用的是（～10GHz）高頻信號.這個信號能夠在測量間頻率不斷線性增加（頻率掃描）的技術.雷達信號由發(fā)射天線，介質(zhì)表面反射，并被再次接收頻率差信號Δf的過程.頻率差Δf是根據(jù)實際發(fā)射頻率與接收頻率的差值計算出來的.它直接對應著信號傳輸?shù)木嚯x.頻率差通過FFT（傅立葉）公式轉(zhuǎn)換成頻譜.信號傳輸?shù)木嚯x根據(jù)這個頻譜可以計算出來.物位的高度就是罐的高度與這個距離的差值。

3.雷達物位計的選型

根據(jù)雷達液位計設計使用環(huán)境的不同，選型要求必須考慮一下幾個條件：

3.1被測介質(zhì)的介電常數(shù)

被測介質(zhì)的導電性，介電常數(shù)，不小于1.5；當介電常數(shù)小于3時，建議使用靜井式測量；對于桿狀天線侵入介質(zhì)測量，要求介電常數(shù)不小于4。

3.2測量精度

普通型雷達液位計測量精度±10mm.分辨率1mm；高精度雷達液位計精度可達±1mm.分辨率0.1mm.根據(jù)實際使用要求選擇。

3.3使用環(huán)境

工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境復雜，物位測量有儲存罐，過程罐，攪拌罐等，液體，漿料及固體顆粒材料；測量量程小于20m或者更大。復雜環(huán)境使用抗干擾強的儀表。

綜上必須提供的參數(shù)：介質(zhì)名稱、壓力、溫度、密度和介電常數(shù)，罐高、量程，電源，防爆型式和等級，法蘭標準、口徑、壓力等級及材質(zhì)。出廠儀表缺省設置值，出廠儀表都配帶有配置清單供用戶參考；如缺省設置罐高：10米，缺省死區(qū)：300/400/500MM，缺省量程：10米-死區(qū)，4～20mA對應缺省罐高。

4.雷達物位計的安裝

儀表的安裝在使用中也是重要的環(huán)節(jié)，只有科學合理的安裝，才能避免干擾，測量部穩(wěn)定等外來因素，使儀表使用安全可靠。

4.1儀表要垂直于物料表面（平行于測量槽壁）安裝，才能產(chǎn)生正常反射接受信號，安裝位置要求如下

（1）喇叭口天線或不帶靜井的桿狀天線：般測量固體物位，如料倉（漏斗型）建議安裝位置為1/4D（D為料倉直徑），罐高度的1/7H（H為罐的高度）。

（2）天線應該探出管口以下。法蘭盡可能水平安裝（偏差角度小于2度）。

（3）管狀天線和帶靜井的天線可以安裝在罐的任意位置。

（4）對圓柱形臥式罐，推薦使用靜井或管狀天線，避免多次反射。

（5）如果天線不能探出罐口，要使用天線延長將喇叭口引出（天線延長可以100～2000mm，可以相接）。

（6）特殊情況下可以使用彎曲天線延長，以達到避開罐內(nèi)復雜阻擋物的目的。

4.2桿狀天線

注意引出管內(nèi)徑和桿狀天線探到罐內(nèi)長度要求（如標準探入罐內(nèi)長度大于200mm）。

4.3靜井、外浮筒和管狀天線

靜井或外浮筒的內(nèi)徑≤喇叭口徑+10mm，防止間隙過大產(chǎn)生多重反射?？紤]液體的流通及沉積物，靜井底端要高于罐底100～150mm，靜井結構不能從罐底起測。

5.雷達物位計常見問題以及處理方法

雷達液位計是一種免維護儀表，可長期穩(wěn)定可靠運行，實際應用中問題，多來于安裝不合理，信號干擾等：

5.1儀表無指示

檢查步驟，查看電源供電儀表端子電壓，回路電流有無，液晶顯示部分有無異常。

5.2儀表有故障代碼

檢查方法，查看代碼含義，清除錯誤信息，或根據(jù)代碼要求進行處理，與供貨商聯(lián)系。

5.3儀表指示不準確，經(jīng)常波動

儀表使用中出現(xiàn)測量誤差較大，或者測量數(shù)值波動情況，可能原因為安裝位置不符合要求，零點位置不準確，所在位置干擾信號較大，如在料位進出口，以及其他情況：

選型造成使用問題，選型中忽視介電常數(shù)的影響，現(xiàn)場環(huán)境復雜又未安裝靜井，造成儀表接受反射信號較弱，不能正常測量。

安裝位置不合理，造成強干擾信號，儀表不能正常測量，更換其他安裝位置；記錄儀表空罐譜，增強抗干擾能力。

儀表參數(shù)設置不合理，造成測量故障，重新確認現(xiàn)場使用要求，罐高，量程，死區(qū)設置的是否合適，確認修改。

定期清理儀表天線部分，是否會有掛料等情況出現(xiàn)，造成信號減弱，或增加保溫，冷卻吹氣系統(tǒng)等。

6.結語

綜上所述，雷達物位計儀表技術的應用，只要在選擇時，合理選型，正確安裝，它一定能在生產(chǎn)中發(fā)揮其卓越的性能，隨著科技的發(fā)展，雷達儀表技術工藝的不斷完善，雷達物位計儀將會更廣泛的應用，推動為我國工業(yè)化不斷發(fā)展前進。

【參考文獻】

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