淺談雷達(dá)物位計(jì)在工業(yè)行業(yè)的應(yīng)用

董民

【摘 要】介紹雷達(dá)物位計(jì)的測(cè)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(wèn)題。

【關(guān)鍵詞】雷達(dá)物位計(jì)；FMCW

隨著我國(guó)的工業(yè)發(fā)展水平在不斷提高，也推動(dòng)了儀表行業(yè)的快速發(fā)展，其中，雷達(dá)物位計(jì)作為其中最常用的測(cè)量?jī)x器被越來(lái)越廣泛應(yīng)用。智能雷達(dá)物位計(jì)憑借自身特殊的非接觸式測(cè)量的特性，經(jīng)常被應(yīng)用于對(duì)有污染性和腐蝕性的介質(zhì)進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量，主要適用于化工、石化、化纖、食品行業(yè)及一般工業(yè)應(yīng)用。隨著雷達(dá)物位計(jì)在市場(chǎng)普遍應(yīng)用，本文以KROHNE公司BM70X系列雷達(dá)物位計(jì)為例，著重探討它的選型，安裝以及使用方面的一些常見(jiàn)問(wèn)題，分析原因解決使用中的問(wèn)題。

1.雷達(dá)物位計(jì)簡(jiǎn)介

KROHNE公司BM70X系列雷達(dá)物位計(jì)采用非接觸式測(cè)量方法。該技術(shù)目前較成熟測(cè)量技術(shù)在化工、石化等過(guò)程工業(yè)領(lǐng)域，由于被測(cè)介質(zhì)普遍存在高溫、高壓腐蝕、揮發(fā)、冷凝等復(fù)雜工況，且對(duì)測(cè)量?jī)x表有防爆要求。相比與超聲波，微波傳播的自身特點(diǎn)決定了雷達(dá)物位計(jì)的使用優(yōu)勢(shì).連續(xù)準(zhǔn)確測(cè)量：由于雷達(dá)物位計(jì)不與被測(cè)介質(zhì)接觸，且受溫度、壓力、氣體等影響非常小。維護(hù)方便，操作簡(jiǎn)單：雷達(dá)物位計(jì)具有故障報(bào)警及自診斷功能。適用范圍廣：非接觸式測(cè)量，方向性好，傳輸損耗小，可測(cè)介質(zhì)多。安裝簡(jiǎn)單：在各行業(yè)應(yīng)用中，雷達(dá)物位計(jì)可直接安裝到儲(chǔ)罐頂部，安裝十分簡(jiǎn)單。

產(chǎn)品特性，10Ghz FMCW非接觸雷達(dá)技術(shù)，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(shè)計(jì)，免維護(hù)。

2.雷達(dá)物位計(jì)的基本測(cè)量原理

雷達(dá)液位計(jì)目前有兩種主要使用的測(cè)量方式，微波脈沖（PTOF）測(cè)量方式，連續(xù)波線性調(diào)頻（FMCW）測(cè)量方式.，F(xiàn)MCW優(yōu)點(diǎn)是使用更高更寬的微波信號(hào)，能夠更好的分辨反射信號(hào)，更容易降低煩擾信號(hào)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(hào)干擾；更高的發(fā)射頻率，對(duì)于相同量程測(cè)量，能夠使用更小的天線直徑。

BM70X雷達(dá)物位計(jì)使用的是（～10GHz）高頻信號(hào).這個(gè)信號(hào)能夠在測(cè)量間頻率不斷線性增加（頻率掃描）的技術(shù).雷達(dá)信號(hào)由發(fā)射天線，介質(zhì)表面反射，并被再次接收頻率差信號(hào)Δf的過(guò)程.頻率差Δf是根據(jù)實(shí)際發(fā)射頻率與接收頻率的差值計(jì)算出來(lái)的.它直接對(duì)應(yīng)著信號(hào)傳輸?shù)木嚯x.頻率差通過(guò)FFT（傅立葉）公式轉(zhuǎn)換成頻譜.信號(hào)傳輸?shù)木嚯x根據(jù)這個(gè)頻譜可以計(jì)算出來(lái).物位的高度就是罐的高度與這個(gè)距離的差值。

3.雷達(dá)物位計(jì)的選型

根據(jù)雷達(dá)液位計(jì)設(shè)計(jì)使用環(huán)境的不同，選型要求必須考慮一下幾個(gè)條件：

3.1被測(cè)介質(zhì)的介電常數(shù)

被測(cè)介質(zhì)的導(dǎo)電性，介電常數(shù)，不小于1.5；當(dāng)介電常數(shù)小于3時(shí)，建議使用靜井式測(cè)量；對(duì)于桿狀天線侵入介質(zhì)測(cè)量，要求介電常數(shù)不小于4。

3.2測(cè)量精度

普通型雷達(dá)液位計(jì)測(cè)量精度±10mm.分辨率1mm；高精度雷達(dá)液位計(jì)精度可達(dá)±1mm.分辨率0.1mm.根據(jù)實(shí)際使用要求選擇。

3.3使用環(huán)境

工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境復(fù)雜，物位測(cè)量有儲(chǔ)存罐，過(guò)程罐，攪拌罐等，液體，漿料及固體顆粒材料；測(cè)量量程小于20m或者更大。復(fù)雜環(huán)境使用抗干擾強(qiáng)的儀表。

綜上必須提供的參數(shù)：介質(zhì)名稱(chēng)、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(jí)，法蘭標(biāo)準(zhǔn)、口徑、壓力等級(jí)及材質(zhì)。出廠儀表缺省設(shè)置值，出廠儀表都配帶有配置清單供用戶參考；如缺省設(shè)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(duì)應(yīng)缺省罐高。

4.雷達(dá)物位計(jì)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(xué)合理的安裝，才能避免干擾，測(cè)量部穩(wěn)定等外來(lái)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(cè)量槽壁）安裝，才能產(chǎn)生正常反射接受信號(hào)，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(cè)量固體物位，如料倉(cāng)（漏斗型）建議安裝位置為1/4D（D為料倉(cāng)直徑），罐高度的1/7H（H為罐的高度）。

（2）天線應(yīng)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(duì)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(zhǎng)將喇叭口引出（天線延長(zhǎng)可以100～2000mm，可以相接）。

（6）特殊情況下可以使用彎曲天線延長(zhǎng)，以達(dá)到避開(kāi)罐內(nèi)復(fù)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(zhǎng)度要求（如標(biāo)準(zhǔn)探入罐內(nèi)長(zhǎng)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(guò)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(jié)構(gòu)不能從罐底起測(cè)。

5.雷達(dá)物位計(jì)常見(jiàn)問(wèn)題以及處理方法

雷達(dá)液位計(jì)是一種免維護(hù)儀表，可長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠運(yùn)行，實(shí)際應(yīng)用中問(wèn)題，多來(lái)于安裝不合理，信號(hào)干擾等：

5.1儀表無(wú)指示

檢查步驟，查看電源供電儀表端子電壓，回路電流有無(wú)，液晶顯示部分有無(wú)異常。

5.2儀表有故障代碼

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

5.3儀表指示不準(zhǔn)確，經(jīng)常波動(dòng)

儀表使用中出現(xiàn)測(cè)量誤差較大，或者測(cè)量數(shù)值波動(dòng)情況，可能原因?yàn)榘惭b位置不符合要求，零點(diǎn)位置不準(zhǔn)確，所在位置干擾信號(hào)較大，如在料位進(jìn)出口，以及其他情況：

選型造成使用問(wèn)題，選型中忽視介電常數(shù)的影響，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜又未安裝靜井，造成儀表接受反射信號(hào)較弱，不能正常測(cè)量。

安裝位置不合理，造成強(qiáng)干擾信號(hào)，儀表不能正常測(cè)量，更換其他安裝位置；記錄儀表空罐譜，增強(qiáng)抗干擾能力。

儀表參數(shù)設(shè)置不合理，造成測(cè)量故障，重新確認(rèn)現(xiàn)場(chǎng)使用要求，罐高，量程，死區(qū)設(shè)置的是否合適，確認(rèn)修改。

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

6.結(jié)語(yǔ)

綜上所述，雷達(dá)物位計(jì)儀表技術(shù)的應(yīng)用，只要在選擇時(shí)，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(dá)儀表技術(shù)工藝的不斷完善，雷達(dá)物位計(jì)儀將會(huì)更廣泛的應(yīng)用，推動(dòng)為我國(guó)工業(yè)化不斷發(fā)展前進(jìn)。

【參考文獻(xiàn)】

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