導波雷達物位計的選用

李寧

[摘要]本文介紹了導波雷達物位計的工作原理、技術特點，并結合實際項目介紹其選用方法及安裝使用要求等

[關鍵詞]導波雷達物位計、精度、天線、波束角、介質

[中圖分類號]TN95 [文獻標識碼]A [文章編號]1672-5158（2013）06-0023-01

一、前言

目前，隨著工業和儀表技術的發展，在越來越多的工廠中采用雷達物位計來監控反應釜、聚合釜及罐等關鍵設備的物位狀況，從而反饋相關信息做為反應、聚合控制的依據。本文將結合項目，談談筆者對導波雷達物位計的工作原理、技術特點、選型要點和安裝使用要求等各個方面的一些理解。

二、導波雷達物位計工作原理

導波雷達物位計是一種微波物位計，根據測量能量波運動過程的時間差來確定物位變化情況。由電子裝置對微波信號進行處理，最終轉化成與物位相關的電信號。

這里的能量波是脈沖能量波，能量輻射水平低（頻率一般比智能雷達物位計低），一般脈沖能量波的最大脈沖能量為hnW左右（平均功率為1μW左右），不會對其他設備以及人員造成輻射傷害。

導波雷達物位計用于對液體、漿料及顆粒料等介電常數比較小的介質（≥1.4）進行非接觸式連續測量，適用于溫度和壓力變化大、有隋性氣體或蒸汽存在的場合，具有通用性強、防掛料、免維護和抗干擾及準確可靠等特點。

三、導波雷達物位計的選用實例

在中海石油化學股份有限公司所籌建的二氧化碳可降解塑料項目中，工藝需要監測帶攪拌設備的反應釜中物料的液位，根據具體技術要求，采用了E+H智能型微波物位儀（導波雷達）Micropiiot M系列，下面將根據在項目過程中的實際運用來對導波雷達物位計的選型要點和安裝要求做一個闡述：

（一）選型原則：

在本項目中，采用的反應釜規格為2.4m×3.6m（WxH），工藝要求測量范圍為0-5m，帶有攪拌槳，介質為聚合產物、環氧丙烷、甲醇，操作壓力為0.3MPaG，操作溫度為60℃，精度要求為±3mm，工藝連接要求為法蘭形式，通訊類型為HART。根據以上參數，我們從以下幾個方面方面來進行選型。

（1）精度

精度是測量準確性的指標，所以我們在選型過程中必須完全保證其對測量精度的要求。

（2）介質干擾反射

介質對其測量都有一定的干擾反射，但就其相同的導波雷達物位計來說，高頻的物位計對介質的抗干擾能力強于低頻的物位計。故在實際操作中選用了高頻導波雷達。

（3）介質特性和測量值

根據介質特性，以介質的介電常數為依據來確定雷達波的反射率，從而進行分層測量和計算，最終得到較為準確的測量值。

（4）天線尺寸、溫度、密封

天線尺寸越大，波束角就越小，干擾回波也就越弱，所以應該選擇天線尺寸較大者。

天線溫度的要求，根據工藝條件，一般選擇在工藝條件允許的范圍內。如果溫度高過80℃，注意應該選擇高溫型號的雷達天線。

天線的密封要求，如果介質具有腐蝕性，在選擇時我們必須特別注意其密封要求，需要選擇特殊密封方式的產品。

（5）波束角

波束角是指雷達波的能量密度達到其最大值一半（3dB）時的角度，微波可以散射至波束角之外的區域，也可被干擾物反射回來，波束寬度直徑W是天線類型（波束角a）和測量距離D的函數：W=2×D×tan a/2

（6）導波管

導波管一般用于介質泡沫較多，介電常數比較低甚至不導電的介質，或者測量設備中存在一定的干擾因素。本項目中，為了最大限度的避免攪拌漿對導波雷達的干擾，保證最佳的測量效果，為其增加導波管，以便給測量提供相對穩定、可靠和干擾較小的測量環境。

（7）天線延伸管

因其安裝短管內的天線部件為屏蔽段，為了測量精度，天線喇叭必須伸出安裝短管。

（二）安裝要求

導波雷達物位計能否正確測量，依賴于反射波的信號。如果安裝位置，液面不能將電磁波反射回雷達天線或在信號波的范圍內有干擾物反射干擾波給雷達物位計，雷達物位計都不能正確反映實際物位。因此，合理選擇安裝位置對雷達物位計十分重要，在安裝時應注意以下幾點：

（1）導波雷達物位計天線的軸線應與液位的反射表面垂直。

（2）導波雷達物位計盡量遠離出料口和進料口。

（3）針對金屬罐和塑料罐，在整個量程范圍內要求不碰壁，對于圓型或橢圓型的容器，應裝在離中心為1/2R（R為容器半徑）距離的位置，不可裝在圓型或橢圓型的容器頂的中心處，否則雷達波在容器壁的多重反射后，匯集于容器頂的中心處，形成很強的干擾波，會影響準確測量。

（4）導波雷達物位計纜式探頭或桿式探頭離罐壁最小距離不小于30厘米。導波雷達物位計探頭底部距罐底大約30mm。

（5）導波雷達物位計探頭距罐內障礙物最小距離不小于200mm。

（6）喇叭型的導波雷達物位計的喇叭口要超過安裝孔的內表面一定的距離（>10mm）。

（7）導波雷達物位計如果容器底部是錐型的，傳感器可以安裝導波雷達物位計罐頂中央，這樣可以一直測量到罐底。

（8）如果外罐壁材質為諸如GRP之類的非導電材料時，微波信號同樣可被信號波束角外的干擾物（如金屬管道、爬梯、壁爐等）反射回來。因此，在信號波束角內不能安裝此類干擾物。

（9）導波雷達的高頻模塊對現場電焊比較敏感，因此要求在其3 m之內不能動焊。

（10）對液位波動較大的容器的液位測量，可采用附帶旁通管的液位計，以減少液位波動的影響。

四、總結

導波雷達物位計作為雷達物位計的一種正在廣泛的被采用，因其特殊的測量原理，使其在非接觸式的測量要求下，能準確、安全、可靠的完成測量任務。

導波雷達物位計的選用主要考慮其精度、測量范圍、介質特性、天線類型和材質、延長管、安裝要求等方面，就筆者理解選型要點中最關鍵的是介質特性和天線類型。充分了解導波雷達物位計的選型原則，能夠對日后正確選用、安裝及使用及維護起到一定的指導作用，不僅可以提高導波雷達物位計的使用壽命，還可以幫助我們實現對物位既經濟又準確的測量。

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