改進(jìn)型雷達(dá)液位計(jì)在槽體液位測(cè)量中的應(yīng)用

［摘 要］在液位測(cè)量領(lǐng)域，應(yīng)用雷達(dá)液位計(jì)能夠取得較為理想的效果，但如果液位測(cè)量用于易揮發(fā)結(jié)晶介質(zhì)，可能面對(duì)一定的問(wèn)題和限制。針對(duì)此種情況，需要采取有效措施，將雷達(dá)液位計(jì)的應(yīng)用范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。文章綜合考慮雷達(dá)液位計(jì)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、測(cè)量原理等，對(duì)測(cè)量方法進(jìn)行改進(jìn)，通過(guò)加設(shè)導(dǎo)波管、浮球等部件，能夠有效消除各方面因素的影響，提高液位測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

［關(guān)鍵詞］改進(jìn)型；雷達(dá)液位計(jì)；槽體液位測(cè)量；應(yīng)用

［中圖分類(lèi)號(hào)］TH816 ［文獻(xiàn)標(biāo)志碼］A ［文章編號(hào)］2095–6487（2024）03–0145–03

1 雷達(dá)液位計(jì)的應(yīng)用背景

很多工業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，都需要準(zhǔn)確測(cè)量容器內(nèi)液體物位。在目前的液位測(cè)量過(guò)程中，可應(yīng)用的方法有很多，其中常用設(shè)備主要是液位測(cè)量?jī)x表，包括普通雷達(dá)液位計(jì)、導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)等。在平靜液體表面的測(cè)量中，雷達(dá)波能得到較好的反射，因而能取得較高的測(cè)量準(zhǔn)確性。但在具體工況下，槽體內(nèi)的液體面對(duì)著復(fù)雜的環(huán)境，液體流入及泵出、結(jié)冰、浮起等可能造成液位波動(dòng)，雷達(dá)天線(xiàn)表面結(jié)晶也會(huì)影響設(shè)備測(cè)量。導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果發(fā)生變化，因而測(cè)量獲取的數(shù)據(jù)對(duì)于真實(shí)液位信息難以完全準(zhǔn)確體現(xiàn)。由于槽體液位測(cè)量中會(huì)面臨很多因素的影響，因此需要針對(duì)性改進(jìn)雷達(dá)液位計(jì)和相關(guān)附屬設(shè)備結(jié)構(gòu)，同時(shí)調(diào)整測(cè)量方法，將液位測(cè)量結(jié)果受到的各類(lèi)影響因素消除，進(jìn)而確保雷達(dá)液位計(jì)準(zhǔn)確測(cè)量。

2 雷達(dá)液位計(jì)的結(jié)構(gòu)組成及運(yùn)行原理

2.1 結(jié)構(gòu)組成

普通雷達(dá)液位計(jì)的結(jié)構(gòu)主要包含微處理器、電子部件、天線(xiàn)系統(tǒng)等。其中，微處理器主要是對(duì)物位回波準(zhǔn)確辨別，同時(shí)將虛假回波去除；電子部件主要是實(shí)現(xiàn)時(shí)間信號(hào)向物位信號(hào)的轉(zhuǎn)換；天線(xiàn)系統(tǒng)主要是對(duì)微波脈沖進(jìn)行發(fā)射，以及對(duì)反射回波進(jìn)行接收。

2.2 運(yùn)行原理

在雷達(dá)液位計(jì)的運(yùn)行過(guò)程中，其主要的工作原理如下：天線(xiàn)發(fā)出電磁波，到達(dá)被測(cè)物質(zhì)表面，電磁波發(fā)出和返回之間，存在時(shí)間差，對(duì)此進(jìn)行測(cè)量，進(jìn)而反映出具體的液位。雷達(dá)液位計(jì)配備的天線(xiàn)系統(tǒng)，發(fā)射的電磁波脈沖寬度很小，其傳播速度可以達(dá)到光速。在接觸物質(zhì)表面之后，可以反射回一部分能量。天線(xiàn)系統(tǒng)對(duì)此進(jìn)行接收和識(shí)別，進(jìn)而獲取信號(hào)。利用發(fā)出及返回脈沖之間的時(shí)間差，就能夠計(jì)算出測(cè)量設(shè)備和被測(cè)物體的具體距離。以此為依據(jù)，結(jié)合發(fā)射脈沖和返回脈沖之間的時(shí)間差，以及脈沖的具體傳播速度，就能夠計(jì)算出物體的具體液位水平。在實(shí)際傳播過(guò)程中，電磁波具有很快的速度，所以在發(fā)出和返回之間的時(shí)間差也是很小的，一般只會(huì)達(dá)到ns 級(jí)別，所以在分析具體時(shí)間差時(shí)，難度較高。

在現(xiàn)代工業(yè)活動(dòng)當(dāng)中，主要使用兩種不同的雷達(dá)液位計(jì)。其中一種的傳輸頻率是相對(duì)固定的，而另一種的頻率則是能夠調(diào)整的。在實(shí)際工作中，雷達(dá)液位計(jì)能夠保證測(cè)量過(guò)程中不直接接觸，也不使用任何傳動(dòng)設(shè)備，不會(huì)發(fā)生位移，能夠很好地消除各種外界因素的影響。因此在粘度較高的液體、有毒無(wú)毒衛(wèi)生液體、腐蝕性液體等液位測(cè)量上，都能夠匹配。而且，這種測(cè)量設(shè)備也不會(huì)產(chǎn)生盲區(qū)，可以保證較高的測(cè)量精度及測(cè)量頻率。在具體應(yīng)用中，其只會(huì)存在0.1～1 mm的誤差，因此具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

3 雷達(dá)液位計(jì)測(cè)量的影響因素

3.1 環(huán)境溫度

使用雷達(dá)液位計(jì)時(shí)，環(huán)境溫度會(huì)對(duì)其有較大的影響。在環(huán)境溫度的影響下，槽體中易揮發(fā)的介質(zhì)，可能在雷達(dá)液位計(jì)天線(xiàn)表面上結(jié)晶附著，這種現(xiàn)象對(duì)于天線(xiàn)設(shè)備的信號(hào)發(fā)UEv/X0Jueujv5tBCcWAVMptwELk3LmiKmSbvCnVzC7Q=出和返回都會(huì)產(chǎn)生干擾，所以測(cè)量結(jié)果也會(huì)發(fā)生變化。而在實(shí)際運(yùn)用中，介質(zhì)不同溫度差情況也會(huì)對(duì)實(shí)際測(cè)量造成影響，產(chǎn)生結(jié)果不準(zhǔn)確的問(wèn)題。

3.2 蒸汽

在被測(cè)量的槽體內(nèi)部，由于液體蒸發(fā)而產(chǎn)生的蒸汽，在遇到溫度相對(duì)較低的容器內(nèi)壁之后，將會(huì)發(fā)生凝結(jié)，出現(xiàn)小液滴。這些小液滴由于冷卻作用，并不能將罐壁完全濕潤(rùn)，所以會(huì)殘留在罐壁上。當(dāng)蒸汽越來(lái)越多，小液滴逐漸匯聚，在重力作用下跌入罐內(nèi)。在此過(guò)程中，小液滴的產(chǎn)生、聚集、跌落就會(huì)形成不斷的循環(huán)。由于小液滴的數(shù)量增加，會(huì)逐漸影響測(cè)量的結(jié)果，所以蒸汽對(duì)于測(cè)量結(jié)果的影響也非常明顯。測(cè)量設(shè)備發(fā)出電磁波，遇到罐壁小液滴也會(huì)出現(xiàn)反射，而測(cè)量設(shè)備本身對(duì)于這部分反射回波無(wú)法進(jìn)行準(zhǔn)確處理，因此會(huì)導(dǎo)致液位測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確。

3.3 液體湍動(dòng)及氣泡

在工業(yè)生產(chǎn)中，罐體中的液體通常需要經(jīng)常性的泵出和流入，因此罐內(nèi)介質(zhì)液面會(huì)發(fā)生湍動(dòng)，并產(chǎn)生氣泡。這種現(xiàn)象可能引起電磁波的吸收和散射，并且可能發(fā)生反射折射現(xiàn)象，導(dǎo)致天線(xiàn)所接收的有效信號(hào)發(fā)生衰減，最終造成測(cè)量結(jié)果誤差。

4 雷達(dá)液位計(jì)的改進(jìn)和應(yīng)用

4.1 測(cè)量結(jié)構(gòu)和應(yīng)用

根據(jù)對(duì)各方面影響因素的探索，對(duì)其進(jìn)行針對(duì)性的改進(jìn)和優(yōu)化。改進(jìn)后的雷達(dá)液位計(jì)，在普通雷達(dá)液位計(jì)的基礎(chǔ)上，增加了浮球、導(dǎo)波管等元件。安裝波導(dǎo)時(shí)，要與液位保持垂直關(guān)系，并在波導(dǎo)內(nèi)部添加一個(gè)浮球。浮球的直徑應(yīng)與波導(dǎo)的直徑精確匹配。按照不同液體的密度參數(shù)，合理配備材料，使浮球低于液體的密度。這樣就能夠漂浮在液體表面，隨時(shí)代表液體的液位。浮球在導(dǎo)波管中可以受到浮力影響發(fā)生高度變化。考慮到液體中可能有雜質(zhì)會(huì)堵塞下孔，所以，可以考慮將下孔的數(shù)量適當(dāng)增加。通過(guò)這種方式，在容器內(nèi)部不同位置，都能維持相同的氣壓，所以液位也可以處于相同的水平。

雷達(dá)液位計(jì)改進(jìn)后，天線(xiàn)所發(fā)出的電磁波，會(huì)順著導(dǎo)波管接觸浮球，浮球反彈信號(hào)回到液位計(jì)。根據(jù)各項(xiàng)數(shù)據(jù)，對(duì)浮球高度進(jìn)行計(jì)算，就能夠獲取準(zhǔn)確的液位高度數(shù)值。改進(jìn)型雷達(dá)液位計(jì)安裝方便，可測(cè)量不同容器中的液位，包括封閉、半封閉、開(kāi)放式等類(lèi)型。其可以巧妙地消除氣泡、湍流等因素造成的液位變化影響，可以大幅提高測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，消除測(cè)量誤差。而且，改進(jìn)型雷達(dá)液位計(jì)，運(yùn)用導(dǎo)波管的方式，可以避免液體大量揮發(fā)，防止發(fā)生相應(yīng)的誤差情況。為保證精準(zhǔn)性，后續(xù)還可配備液位補(bǔ)償算法。

4.2 測(cè)量結(jié)構(gòu)安裝要點(diǎn)

在安裝改進(jìn)型雷達(dá)液位計(jì)的過(guò)程中，應(yīng)注意壁與管之間保持適當(dāng)距離，同時(shí)應(yīng)盡量遠(yuǎn)離混合機(jī)構(gòu)、加熱管等部件。盡量消除改進(jìn)型雷達(dá)液位計(jì)測(cè)量的不利影響，使液位計(jì)的測(cè)量結(jié)果更加準(zhǔn)確。在改進(jìn)型雷達(dá)液位計(jì)中，可采用圓錐天線(xiàn)系統(tǒng)，圓錐天線(xiàn)上設(shè)有屏蔽，可防止被測(cè)介質(zhì)因溫度而在天線(xiàn)表面蒸發(fā)結(jié)晶，減少了液位計(jì)測(cè)量的不利因素。安裝波導(dǎo)時(shí)，必須與被測(cè)液位保持垂直關(guān)系，同時(shí)，波導(dǎo)本身的直徑和內(nèi)部的平面水平都要小于電磁波時(shí)行程的變化。如果波導(dǎo)內(nèi)部平滑度較差，則電磁波強(qiáng)度減弱，返回時(shí)間增加，影響測(cè)量結(jié)果，所以必須保證導(dǎo)波管內(nèi)部平整。

4.3 實(shí)際應(yīng)用

在罐體液位、地下槽體液位測(cè)量當(dāng)中，應(yīng)用改進(jìn)型雷達(dá)液位計(jì)都能取得很好的效果，在達(dá)到0.1 mm測(cè)量精度的同時(shí)保證了測(cè)量結(jié)果的可靠性、穩(wěn)定性。其能夠在測(cè)量過(guò)程中大幅消除各種外界環(huán)境及內(nèi)部環(huán)境因素所造成的影響，保證測(cè)量結(jié)構(gòu)準(zhǔn)確。另外，改進(jìn)型雷達(dá)液位計(jì)結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜，維修量相對(duì)較小，對(duì)于成本的控制和資源的節(jié)約，都能取得較好的成效，保證經(jīng)濟(jì)利潤(rùn)可觀。

5 改進(jìn)型雷達(dá)液位計(jì)應(yīng)用注意事項(xiàng)

在化工生產(chǎn)過(guò)程中，通常都會(huì)面對(duì)十分復(fù)雜的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，因此容器液位測(cè)量可能受到很多因素的干擾。如果對(duì)于容器內(nèi)液位變化情況無(wú)法做到精準(zhǔn)測(cè)量，將會(huì)影響生產(chǎn)過(guò)程的安全性，甚至可能造成嚴(yán)重的安全事故，導(dǎo)致人員及財(cái)產(chǎn)損失。所以，在應(yīng)用改進(jìn)型雷達(dá)液位計(jì)的過(guò)程中，需要注意一些事項(xiàng)和問(wèn)題，在應(yīng)用維護(hù)及故障處理方面，都要提高重視。例如，要根據(jù)容器結(jié)構(gòu)、測(cè)量環(huán)境、被測(cè)量介質(zhì)屬性等信息，做到合理選型及應(yīng)用雷達(dá)液位計(jì)，確保適用性。需要準(zhǔn)確把握雷達(dá)液位計(jì)的工作環(huán)境，保證溫度穩(wěn)定，保證各項(xiàng)工藝條件參數(shù)符合要求，同時(shí)盡可能維持在適宜的溫度區(qū)間，而且，在控制液體揮發(fā)時(shí)，也要測(cè)量好相應(yīng)的環(huán)境溫度參數(shù)。基于電磁波的實(shí)際特點(diǎn)，在特定的速率條件下，將雷達(dá)液位計(jì)調(diào)整到更低的發(fā)射頻率，然后將波長(zhǎng)提升。當(dāng)電磁波的波長(zhǎng)增加，碰到小液滴時(shí)，可能造成衍射。所以，需要控制小液滴造成電磁波反射的情況，保證測(cè)量準(zhǔn)確無(wú)誤。此外，要對(duì)雷達(dá)液位計(jì)建立臺(tái)賬，做好相關(guān)信息的收集和記錄，保證設(shè)備良好運(yùn)行，做好日常檢測(cè)與巡查。

6 結(jié)束語(yǔ)

在槽體液位測(cè)量中，使用雷達(dá)液位計(jì)是一個(gè)主要的方法。而普通雷達(dá)液位計(jì)在應(yīng)用中容易受到多個(gè)方面因素的影響，如揮發(fā)介質(zhì)潔凈、液面擾動(dòng)、蒸汽量大等問(wèn)題，這些問(wèn)題都會(huì)導(dǎo)致液位測(cè)量精度下降。在液位精準(zhǔn)測(cè)量過(guò)程中，需要將相關(guān)的干擾因素排除，以保證改進(jìn)型雷達(dá)液位計(jì)在槽體液位測(cè)量中得到更好的應(yīng)用。文章設(shè)計(jì)的改進(jìn)型雷達(dá)液位計(jì)通過(guò)加設(shè)導(dǎo)波管、浮球等部件，能夠有效消除各方面因素的影響，提高液位測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

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