定華雷達知識講堂：雷達液位計的測量原理、特點與應用

雷達液位計是一種非接觸式無可動部件、真正免維護的液位測量儀表。該儀表經過多年的應用及技術改進，目前廣泛應用于石化行業，并得到了用戶的認可。本文簡要介紹了雷達液位計的2種不同的測量原理，根據其特點與優點，指出了適合應用的場合及安裝要求。

一、雷達液位計的測量原理與特點

雷達液位計是利用超高頻電磁波經天線向被測容器的液面發射，當電磁波到達液面后反射回來，被同一天線接收并檢測出發射波及回波的時差，從而計算出液面高度。

雷達液位計有2種工作模式，分別對應兩種測量原理。

1.脈沖微波方式(PTOF)

這種方式是一種“俯視式”時間行程測量系統，測量系統經過天線以固定的帶寬周期地發射某一固定頻率的微波脈沖，在被測物料表而產生反射后由雷達系統所接收。天線接收反射的微波脈沖并將其傳給電子線路，微處理器對此信號進行處理，識別出微波脈沖在物料表而所產生的回波，并據此計算液位，將被測液位距離成正比關系的時間再轉換為電信號。

2.調頻連續波方式(FMCW)

這種方式的雷達液位計的微波源是x波段的旅控振蕩器，天線發射的微波是頻率被線形調制的連續波，當回波被天線接收到時，微波發射頻率已經改變。發射波與回波的頻率差正比于天線到液面的距離，以此計算出液位高度。

二、雷達液位計的特點

1.雷達液位計主要由電子控制單元和天線構成，無可動部件，不存在機械磨損，與機械部件的液位測量儀表相比使用壽命較長。真正免維護。

2.雷達液位計能用于大部分液位的液位測量，其發出的微波能穿過真空，不需要傳輸媒介，受大氣、蒸汽、罐內揮發霧的影響小。

3.采用非接觸式測量，不受罐內液位密度、濃度等物理特性影響。測量范圍大、抗腐蝕能力強。

4.安裝方便、故障率低、維護容易、精度高、可靠性高等優點。

5.采用數字與模擬兩種輸出方式，可以單臺或多臺按總線式配置，能方便地與上位監控計算機相連接。

6.儀表輻射率低，對周圍環境及人員基本上沒有傷害。

三、雷達液位計的選型與應用

雷達液位計的種類繁多，選型時首先要考慮被測介質的溫度、壓力、密度、粘度及腐蝕性等特性對其使用性能的影響。因此，在選型時要針對介質在特定工況下的特性來選取適宜的天線和表頭。對于體積較小、形狀復雜的罐體或需測量多種液體分界面的應用場合，推薦采用導波纜天線雷達液位計；對測量環境較復雜的罐體，如介質易揮發、腐蝕及高壓和高溫等，推薦使用非接觸天線雷達液位計，由于液位計與介質不接觸，就能避免由于介質的物理和化學性質影響其計量精度或對液位計本身的損傷。

由于雷達液位計的精度、日常維護和使用壽命直接影響企業的生產效率和經濟效益，所以過硬的質量和滿意的售后服務對用戶來說至關重要。

選型原則主要從以下幾方面考慮，具體遵循相應的儀表選型規范:

(1)儀表性能；(2)介質特性；(3)安裝條件；(4)環境條件；(5)經濟因素。

液位介質特性對測量范圍有一定影響，介電常數較小的液體，對雷達液位計的測量距離影響大，使測量范圍縮小;介電常數較大的液體，對雷達液位計的測量距離影響小，使測量范圍增大。

各種型號的雷達液位計的性能各有特色，應根據使用要求、被測介質的溫度、壓力、腐蝕特性和使用空間尺寸等具體工況來分析確定適合選用的型號。如配備不同的天線可以滿足各種測量要求，常用的錐體天線可用于安裝在緩沖罐和儲罐的罐頂或其導波管上，適用大測量范圍的測量場所，而拋物面天線適用于液相與固相料位的測量場所，并可用于極長距離的測量，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。

四、雷達液位計的安裝

按照石油化工儀表安裝設計規范(SH/T 3104一2000)的6. 0. 7 ,對于超聲波及微波(雷達)液(料)位計的安裝要求如下:

(1)測量液位的場合，宜垂直向下檢測安裝；

(2)測量料位的場合，微波的波束宜指向料倉底部的出料口；

(3)微波的波束中心距容器壁的距離應大于由束射角、測量范圍計算出來的低液(料)位處的波束半徑；

(4)微波的波束途徑應避開容器進料流束的噴射范圍;

(5)微波的波束途徑應避開攪拌器及其它障礙物。

微波液(料)位計的安裝，還應符合制造廠的要求。

此外，浮頂式罐體和具有觀測管的球型罐體，通常使用導波管，主要是為了消除有可能因容器形狀而學致多重回波產生的干擾影響，或是在測量相對介電常數較小的介質時用來提高反射回波能量。安裝時應使液位計位于導波管中心，導波管的焊縫應處理成光滑無毛刺，并且清除鐵銹或雜質，以確保測量精度。

液位測量儀表種類繁多，每種測量方式均有其特點和針對性。雷達液位計在液位測量中可以滿足一定的測量要求，其工作性能穩定可靠，操作方便安全，抗干擾能力強，可測介質多，可以達到較高的測量精度，所以雷達液位計必然會以其特點和優勢在石化行業中得到廣泛的應用。但雷達液位計同樣具有其局限性，如過高的價格，對介質的相對介電常數有一定要求等。因此在選用時，應按照實際應用場合的需求、工程項目特點、設計條件和費用等方面來綜合考慮，保證經濟適用、安全可靠。