雷達(dá)料位計(jì)的原理及應(yīng)用
發(fā)布時(shí)間:2024-10-31點(diǎn)擊:212
一、概述
料位是工業(yè)生產(chǎn)中的一個(gè)重要參數(shù)。料位測量的方法很多,針對不同的工況和介質(zhì)可以使用不同測量原理的料位計(jì),吹氣法、靜壓式、浮球式、重錘式、超聲波等幾種常用的料位測量儀表,都有各自的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍。雷達(dá)料位計(jì)運(yùn)用先進(jìn)的雷達(dá)測量技術(shù),以其優(yōu)良的性能,尤其是在槽罐中有攪拌、溫度高、蒸汽大、介質(zhì)腐蝕性強(qiáng)、易結(jié)疤等惡劣的測量條件下,顯示出其卓越的性能,在工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著越來越重要的作用。
二、原理及技術(shù)性能
雷達(dá)波是一種特殊形式的電磁波,雷達(dá)料位計(jì)利用了電磁波的特殊性能來進(jìn)行料位檢測。電磁波的物理特性與可見光相似,傳播速度相當(dāng)于光速。其頻率為300MHz-3000GHz。電磁波可以穿透空間蒸汽、粉塵等干擾源,遇到障礙物易于被反射,被測介質(zhì)導(dǎo)電性越好或介電常數(shù)越大,回波信號的反射效果越好。
雷達(dá)波的頻率越高,發(fā)射角越小,單位面積上能量(磁通量或場強(qiáng))越大,波的衰減越小,雷達(dá)料位計(jì)的測量效果越好。
1. 雷達(dá)料位計(jì)的基本原理
雷達(dá)式料位計(jì)組成:它主要由發(fā)射和接收裝置、信號處理器、天線、操作面板、顯示、故障報(bào)警等幾部分組成。
發(fā)射-反射-接收是雷達(dá)式料位計(jì)工作的基本原理。雷達(dá)傳感器的天線以波束的形式發(fā)射最小5.8GHz的雷達(dá)信號。反射回來的信號仍由天線接收,雷達(dá)脈沖信號從發(fā)射到接收的運(yùn)行時(shí)間與傳感器到介質(zhì)表面的距離以及物位成比例。
即:h= H–vt/2
式中 h為料位;H為槽高; v為雷達(dá)波速度;t為雷達(dá)波發(fā)射到接收的間隔時(shí)間;
2. 雷達(dá)料位計(jì)測量料位的先進(jìn)技術(shù):
(1)回波處理新技術(shù)的應(yīng)用
從雷達(dá)料位計(jì)的測量原理可以知道,雷達(dá)料位計(jì)是通過處理雷達(dá)波從探頭發(fā)射到介質(zhì)表面然后返回到探頭的時(shí)間來測量料位的,在反射信號中混合有許多干擾信號,所以,對真實(shí)回波的處理和對各種虛假回波的識別技術(shù)就成為雷達(dá)料位計(jì)能夠準(zhǔn)確測量的關(guān)鍵因素。
(2)測量數(shù)據(jù)處理:
由于液面波動(dòng)和隨機(jī)噪聲等因素的影響,檢測信號中必然混有大量噪聲。為了提高檢測的準(zhǔn)確度,必須對檢測信號進(jìn)行處理,盡可能消除噪聲。
經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,采用數(shù)據(jù)平滑方法可以達(dá)到滿意的效果。此方法也可有效的克服罐內(nèi)攪拌器對測量的影響。
(3)雷達(dá)料位計(jì)的特點(diǎn):
由于雷達(dá)料位計(jì)采用了上述先進(jìn)的回波處理和數(shù)據(jù)處理技術(shù),加上雷達(dá)波本身頻率高,穿透性能好的特點(diǎn),所以,雷達(dá)料位計(jì)具有比接觸式料位計(jì)和同類非接觸料位計(jì)更加優(yōu)良的性能。
①可在惡劣條件下連續(xù)準(zhǔn)確地測量。
②操作簡單,調(diào)試方便。
③準(zhǔn)確安全且節(jié)省能源。
④無需維修且可靠性強(qiáng)。
⑤幾乎可以測量所有介質(zhì)。
三、安裝應(yīng)注意的問題
(1) 當(dāng)測量液態(tài)物料時(shí),傳感器的軸線和介質(zhì)表面保持垂直;當(dāng)測量固態(tài)物料時(shí),由于固體介質(zhì)會有一個(gè)堆角,傳感器要傾斜一定的角度。
(2) 盡量避免在發(fā)射角內(nèi)有造成假反射的裝置。特別要避免在距離天線最近的1/3錐形發(fā)射區(qū)內(nèi)有障礙裝置(因?yàn)檎系K裝置越近,虛假反射信號越強(qiáng))。若實(shí)在避免不了,建議用一個(gè)折射板將過強(qiáng)的虛假反射信號折射走。這樣可以減小假回波的能量密度,使傳感器較容易地將虛假信號濾出。
(3) 要避開進(jìn)料口,以免產(chǎn)生虛假反射。
(4) 傳感器不要安裝在拱形罐的中心處(否則傳感器收到的虛假回波會增強(qiáng)),也不能距離罐壁很近安裝,最佳安裝位置在容器半徑的1/2處。
(5) 要避免安裝在有很強(qiáng)渦流的地方。如:由于攪拌或很強(qiáng)的化學(xué)反應(yīng)等,建議采用導(dǎo)波管或旁通管測量。
(6) 若傳感器安裝在接管上,天線必須從接管伸出來。喇叭口天線伸出接管至少10mm。棒式天線接管長度最大100或250mm。接管直徑最小250mm。可以采取加大接管直徑的方法,以減少由于接管產(chǎn)生的干擾回波。
(7) 關(guān)于導(dǎo)波管天線:導(dǎo)波管內(nèi)壁一定要光滑,下面開口的導(dǎo)波管必須達(dá)到需要的最低液位,這樣才能在管道中進(jìn)行測量。傳感器的類型牌要對準(zhǔn)導(dǎo)波管開孔的軸線。若被測介電常數(shù)小于4,需在導(dǎo)波管末端安裝反射板,或?qū)?dǎo)波管末端彎成一個(gè)彎度,將容器底的反射回波折射走。
四、應(yīng)用中存在的問題及解決方法
有些工況下所使用的雷達(dá)料位計(jì),因?yàn)閭鞲衅靼惭b位置不當(dāng)及條件所致,出現(xiàn)了一些問題,下面將對一些使用中的問題提出解決方案,供大家參考。
1.探頭結(jié)疤和頻繁故障的解決方法
第一個(gè)辦法是將探頭安裝位置提高,但是有時(shí)候安裝條件限制,不能提高的情況下,就應(yīng)采用將料位測量值與該槽的泵聯(lián)鎖的辦法,解決這一難題:將最高料位設(shè)定值減小0.5m左右,當(dāng)料位達(dá)到該最高值時(shí),即可停進(jìn)料泵或開啟出料泵。
2.雷達(dá)料位計(jì)被淹相應(yīng)的改進(jìn)辦法
解決這種問題的辦法是將雷達(dá)料位計(jì)改為導(dǎo)波管式測量。仍在原開孔處安裝導(dǎo)波管式雷達(dá)料位計(jì),導(dǎo)波管高于排汽管0.2m左右, 這樣一來,即使出現(xiàn)料漿從排汽管溢出的惡劣工況,也不會使料位計(jì)天線被料漿淹沒,而且避免了攪拌器渦流的干擾及大量蒸汽從探頭處冒出,減少了對探頭的損害,同時(shí)由于導(dǎo)波管聚焦效果好,接收的雷達(dá)波信號更強(qiáng),取得了很好的測量效果。使用導(dǎo)波管測量方式,可以改善表計(jì)測量條件,提高儀表測量性能,具有很高的推廣應(yīng)用價(jià)值。
3.關(guān)于泡沫對測量的影響
干泡沫和濕泡沫能將雷達(dá)波反射回來,對測量無影響;中性泡沫則會吸收和擴(kuò)散雷達(dá)波,因而嚴(yán)重影響回波的反射甚至沒有回波。當(dāng)介質(zhì)表面為稠而厚的泡沫時(shí),測量誤差較大或無法測量,在這種工況下,雷達(dá)料位計(jì)不具有優(yōu)勢,這是其應(yīng)用的局限性。
4.對于天線結(jié)疤的處理
介電常數(shù)很小的掛料在干燥狀態(tài)下對測量無影響,而介電常數(shù)很高的掛料則對測量有影響。可用壓縮空氣吹掃(或清水沖洗),且冷卻的壓縮空氣可降低法蘭和電器元件的溫度。還可用酸性清洗液清洗堿性結(jié)疤,但在清洗期間不能進(jìn)行料位測量。
五、結(jié)束語
雷達(dá)料位計(jì)是目前各類料位測量儀表中適用范圍最廣、測量最精確、維護(hù)最方便的料位測量儀表。隨著其價(jià)格的進(jìn)一步降低,性價(jià)比的提高,應(yīng)用將會越來越廣泛,在料位測量中發(fā)揮越來越重要的作用。本文對其進(jìn)行系統(tǒng)的闡述,旨在為廣大維護(hù)人員更好地使用和掌握它,希望能對大家提供一些借鑒和幫助。
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