雷達液位計采用“發射—反射—接收”的工作模式。其測量原理是: 雷達液位計的天線發射出電磁波, 這些波經被測對象表面反射后, 再被天線接收, 電磁波從發射到接收的時間與到液面的距離成正比, 雷達液位計記錄脈沖波經歷的時間, 而電磁波的傳播速度為常數, 則可計算出液面到雷達天線的距離, 從而測得液體的液位。

距離物料表面的距離D與脈沖的時間行程T成正比: D = C × T/2 ( 其中C為光速)

因空罐的距離E已知, 則物位L為: L = E – D ( 如圖1 所示) 。

通過輸入空罐高度E ( = 零點) , 滿罐高度F ( = 滿量程) 及一些應用參數來設定, 應用參數將自動使儀表適應測量環境, 對應于4 ~ 20 m A輸出。

導波雷達物位計的探頭發出高頻脈沖并沿纜繩、桿式探頭傳導, 當脈沖遇到物料表面時反射回來被儀表內的接收器, 并將距離信號轉化成物位信號, 從而測得實際液位的高度。

雷達液位計和導波雷達一般情況可以通用, 但也有一些區別。根據測量方式, 這種雷達導波液位計與前者的不同是利用鋼纜傳輸信號, 即需要一種傳輸介質, 而一旦在傳輸過程中遇到其他阻隔, 就會產生誤導信號。但從另一方面來說, 也避免了前者容易產生回波、虛假波的狀況, 所以說, 這兩種液位計各有優缺點。

以下是兩種液位計在工作原理和測量方式的比較 ( 見表1) 。

( 1) 雷達液位計幾乎能用于所有液體的液位測量。并且不受槽內液體的密度、濃度等物理特性的影響。

( 2) 雷達液位計測量是發出的電磁波能穿過真空, 不需要傳播介質, 不受大氣、蒸汽、槽內揮發霧的影響。

( 3) 普通雷達可以互換使用, 而導波雷達由于導波桿 ( 纜) 長度根據原工況固定, 一般不能互換使用。雷達液位計***大的缺點在于: 電磁波在液位表面反射時, 信號會衰減, 當信號衰減過小時, 會導致雷達液位計無法測量到足夠的電磁波信號, 從而失去監視。

( 1) 如罐內有攪拌, 介質波動大, 此時用底部固定的導波雷達測量值比普通雷達穩定;

( 2) 小罐體內的物位測量, 由于安裝測量空間小 ( 或罐內干擾物較多) , 一般普通雷達不適用, 這時導波雷達的優勢就顯現出來了;

( 3) 低介電常數的工況, 由于普通雷達發射的波是發散的, 當介質介電常數過低時, 信號太弱測量不穩定, 導波雷達波是沿導波桿傳播信號相對穩定;

( 4) 一般的導波雷達還有底部探測功能, 可以根據底部回波信號能測量值加以修正, 使信號更為穩定準確。

目前, 雷達導波液位計在電廠的使用比較廣泛, 在燃機電廠主要應用于油罐油位的測量。由于雷達式液位計的測量是基于波的反射原理, 因此, 對液位計的安裝也有一些特殊的要求。

( 1) 傳感器中心線須與被測液位垂直, 不能傾斜;

( 2) 防止漫反射;

( 3) 液位計在測量底部和頂部都有一定的死區;

( 4) 避免碰到障礙物, 形成虛假波。

在實際現場安裝中, 依據廠方的安裝指南, 避免了許多問題。

安裝位置遠離進料口, 在電廠油罐測量的運用時, 因為油罐進口管道一般設置在下部, 所以, 能夠避開的選擇余地相對要大。但是, 由于油罐底部結果相對復雜, 會設置有一些加熱裝置等, 因此, 實際選擇測點位置時, 必須做到: 避開底部障礙物; 與底部設施保持一定距離。

而且, 根據要求, 液位計不能安裝在罐頂的中心位置。通常油罐頂部都是有弧度型的, 由此, 卻引發了一系列的問題, 如: 傳感器的量程設置, 不能簡單地按照油罐的實際標高來設定。

( 1) 準確測量出液位計安裝位置到底部的實際距離;

( 2) 不能忽略安裝法蘭 ( 容器接管) 到罐的距離。

(1) 安裝時不能彎曲探頭。

( 2) 探頭不能接觸到安裝底座。

( 3) 鋼纜探頭需垂直, 不能發生彎曲, 也不能太長, 碰到罐壁。

在電廠的實際應用中, 雷達導波液位計正常投用***關鍵的步驟是現場調試。

現場調試中***基本的參數設定包括:

雷達液位計零位及滿度的設置; 油罐罐高的設置; 傳感器死區的設定 ( 見圖2) 。

A1: 頂部死區: 表示測量量程的上限頂部到法蘭下表面的***小距離。如果進入死區, 儀表輸出值將進入故障保險輸出狀態。

A2: 底部死區: 表示探頭末端有一段測量不到的區域。

D: 非測量區域: 儀表測量不到的區域。

另外, 由于油罐的實際情況, 在實際測量中存在偏差, 可以進行適量的修正, 即參考偏移量的設置和罐底偏移量的設置。

儀表設備的檢測, 就是為了對所測的物理量進行監控, 液位計的作用就是測量液位的波動情況, 因此, 運行過程中隨時會收到這樣的報警信號:

( 1) 液位測量值偏高———測量值進入死區, 或在測量量程以外, 測量值不正確或被凍結。

此時, 實際液位應該偏高, 可能溢出, 應降低液位以達到安全位置。

( 2) 液位測量值偏低———液位低于探頭位置或在測量范圍外, 測量值不正確或被凍結。

此時, 實際液位可能確實偏低, 需要進料, 使液位高于探頭位置即可恢復正常。

( 3) 液位測量信號丟失———儀表不能發現介質表面 ( 通常顯示是溢出信號) 。此時, 油罐可能是空罐, 或滿罐已進入死區。若是空則需要進料;若滿罐已進入死區, 則需排料。

( 4) 溢出———罐內液位已滿或超出測量量程范圍, 有時會直接顯示“液位高”此時應降低液位以達到安全位置。

而當液位計發生故障時, 還可以通過檢測波形來分析故障原因, 這部分工作通常是在廠家的指導下共同完成的。

(1) 液位顯示不穩, 明顯晃動;

( 2) 液位突然竄至滿刻度, 并處于超量程狀態。儀表輸出為22 m A電流。

根據資料查詢, 導波雷達液位計液位跳變的原因大約有以下幾種情況:

1) 容器進料時, 導波雷達離進料口太近。這個情況可以改變導波雷達的安裝位置來避免;

2) 容器即將空時, 導波雷達的探頭頂端和液位分開, 雷達波從探頭頂端直接被反射回來, 常常也會出現一個跳變, 這個情況重新做好補償曲線會有幫助;

3) 容器內在探頭附近有個障礙物 ( 金屬突起或安裝了其它儀表) , 當液位沒過障礙物時, 這個障礙物對雷達波的影響會放大, 導致液位跳變, 這個情況要清除障礙物。

在運行中, 經常碰到的是第2 種情況。鑒于此類現象時往往處于低液位, 因此不希望PLC顯示超量程狀態 ( 22 m A) , 為此, 特意聯系廠家, 將此時的輸出電流鎖定為3. 5 m A, 屏幕顯示為“0. 00 m”。

此外, 在實際測量中, 也會發生由于天氣情況的變化導致信號失靈的現象: 例如夏季雷雨天氣, 雷達液位計測量模塊遭雷擊損壞, 無法正常監測。遇到類似情況, 就必須更新設備了。

任何檢測設備在實際應用中都會碰到些問題, 雷達導波液位計也不例外。尤其是在調試的初級階段, 有時液位計的測量與實際液位存在偏差, 因此, 需要不斷調整某些參數的設置, 方能達到***佳的檢測效果。

當前, 雷達導波液位計在電廠中的應用越來越廣泛, 隨時會碰到各種意想不到的缺陷, 只有不斷地積累經驗, 熟悉和掌握檢測設備的各項性能, 才能更好地提高熱工檢測的準確性, 為電廠主設備的正常安全運行提供保障。