Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖｉｓｉｏｎ 科技视Ｕｒ－ 科技・探索・争鸣 雷达液位计原理及应用 张倍 （北方铜业股份有限公司垣曲冶炼厂，ｔｈｉ￣ｉ垣曲０４３７００） 【摘要】本文讲述了雷达液位计的测量原理和特性，以及它在选型和安装时的注意事项，讨论了其常见故障的排查及处理。 【关键词】雷达液位计；测量原理；常见故障 雷达液位计是一种采用微波测量技术的物位测量仪表。它能够非 接触测量．耐磨损、耐老化性能高，不受压力、真空或温度的影响。因此 它在易燃、易爆、强腐蚀性、高温、粘稠等恶劣的测量条件下，性能卓 越．特别适用于大型立罐和球罐等的测量。由于其特有的优势，雷达液 位计被广泛用于多种测量领域 雷达液位计已在我公司某冶炼厂得到 广泛应用．尤其在被测介质有强腐蚀性的硫酸、贵金属等车间，雷达液 位计表现卓越．其维护简单，测量稳定、精确。我公司新建冶炼厂技改 采用先进的工艺．其过程控制仪表及其他测量仪表的需求大大增加， 雷达液位计以其优越的性能必将得到广泛的应用 本文对雷达液位计 的原理和应用做了简单的描述，以期对将来的应用提供帮助。 将式（１）式（２）与式（３）合并可得到 物位Ｌ＝Ｆ—ｃＡｆ／２ｓ 脉冲波方式测量线路简单．因此当液位量程较低时精度较高，当 液位量程较高时．精度相应降低。调频连续波方式测量精确度较高，同 时干扰回波也较易去除．一般用于较高端的场合．可作为计量级仪表 使用。 １－２雷达液位计的特点 １．２．１无位移、非接触式测量，不受温度、压力和气体的影响，过程压 力可达４０ｂａｒ，介质温度可达３００￣Ｃ。尤其适用于盛有易燃、易爆、强腐 蚀性等介质的容器液位测量 １．２．２无测量盲区，精度高，分辨率可达１ｍｍ。可满足计量仪表。 １．２．３无需维修且可靠性强 雷达波不受干扰，雷达液位计的各部件 均不能拆开而且没有机械磨损．所以雷达液位计可应用于各种场所． 如真空测量．液位测量，料位测量。 １．２．４雷达液位计可以测量所有介电常数大于１．５的介质 反射功率 取决于介质的介电常数．介质的导电性越好或介电常数越大．回波信 号的反射效果越好 １．２．５供电和输出信号通过一根两芯线缆（回路电路），采用４－２０ｍＡ 输出或数字信号输出 １ 雷达液位计工作原理和特点 １．１雷达液位计原理 雷达液位计采用高频振荡器作为微波发生器．发生器产生微波通 过天线向下射出。当微波遇到障碍物时有部分反射回来。根据发射波 和反射波之间的时差（即微波脉冲行程）．来计算物料面的距离。 目前有两大类雷达液位计．一类是脉冲波方式雷达液位计（如图 １）。 其中．雷达液位计与物料表面的距离Ｈ与天线发射的微波脉冲 的时间行程ｔ成正比： Ｈ、 ＝ｃｔ／２ （１） ２雷达液位计的选型及安装 ２．１雷达液位计的选型 雷达液位计由电子部件、波导连接器、安装法兰及天线组成。其中 天线的外形决定微薄的聚焦和灵敏度。因此天线的选择尤为重要。 ２．１．１喇叭口天线 喇叭口天线适用于绝大多数场合．具有聚焦性好，物理及化学特 性稳定、耐用牢固等优点。但不适用于腐蚀性介质的测量。 ２．１．２杆式天线 杆式天线化学稳定性好，易于清洗且对冷凝水的粘附不敏感。适 用于腐蚀性介质。 ２．１．３法兰下置型天线 法兰下置型天线主要用于强腐蚀性介质的测量。 ２．１．４抛物面天线 抛物面天线聚焦性好．不受加热蒸汽的影响．特别适用于带加热 蒸汽的大型容器的罐内测量，如渣油、沥青等的测量．测量范围可达 ４０ｍ。 式中．ｃ——光速 物位Ｌ＝Ｆ—Ｈ （２） ｌ介聩 图１ 脉冲雷达液位计的工作原理 注释： 空罐距离； 满罐距离 ２．１．５安装导波管或旁通管的天线 给天线安装套管．套管相当于传达雷达信号的导线．适用于介质 表面波动大或介电常数小的场合 ２．２测量范围选择 被测液体介质的物理特性对测量范围影响较大。通常将液体分为 Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ四类。 Ａ类：非导电液体．介电常数小于１－４，对测量距离影响大，测量范 围小。如丙烷等。 Ｂ类：非导电液体．介电常数约为１．９～４，对测量距离影响较大，测 量范围中等。如汽油、石油等。 Ｃ类：介电常数约为４～１Ｏ，对测量距离影响较小，测量范围大。如 浓缩的酸、有机溶剂醋、乙醇、丙酮、油水混合物等。 Ｄ类：导电液体．介电常数＞１０．对测量距离影响小．测量范围最 大。如水溶液、稀释的酸碱等。． 当储罐液体表面平稳时。Ａ类液体的测量范围选择５ｍ，对Ｂ类液 体测量范围为１０ｍ。ｃ类液体１５ｍ，Ｄ类液体可以达到２０ｍ。当液面有 通过输入空罐距离Ｆ（零点），满罐距离Ｄ（满量程），及一些应用 参数设定．可以得到４～２０ｍＡ的模拟输出．或者０～１００％的数字输出。 另一类是调频连续波方式雷达液位计 这种液位计的发射频率不 是一个固定频率，而是一个等幅可调频率 通过测量发射波和反射波 之间的频率差．可将频率差转换为与被测液位成比例关系的电信号 发射频率随时间线性增加．增益为ｓ．当发射出去的连续波遇液面 反射时，反射回来的信号频率比发射信号滞后了△ｔ 反射信号与发射 信号之间的频率差为 Ｍ＝ｓｚｉｔ （３） 作者简介：张倍（１９８４一），西安理工大学，本科，山西北方铜业股份有限公司垣曲冶炼厂，仪表助理工程师。 ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎ。ｌ。ｇｙ Ｖｉｓｉ。ｎ科技视界ｌ １ ５５ 科技・探索・争鸣 Ｓｃ科ｉｅｎｃｅ＆Ｔｅ技ｃｈ视ｎｏｌｏｇｙ界 Ｖｉｓｉｏ ｎ 波动时．其相应的测量范围应当适当减少 ２．３雷达液位计的安装及注意事项 雷达液位计的测量原理决定了其不宜用于液面扰动大的场合．所 以安装时应避开干扰源．尽量减少误差 ２．３．１安装位置要偏离中心。如果安装在中央．会产生多重虚假回波， 干扰回波会导致信号丢失 ２．３．２罐内安装距离。由罐内壁到安装短管的外壁应大于罐直径的１／ ６．最小距离为２００ｍｍ ２．３．３安装应避开进料口等干扰源 ２．３．４在雷达天线的下方．信号波束内．应避免安装任何装置。 ２．３．５如果测量带有搅拌器的容器液位时．安装位置应尽量避开搅拌 器．不要使反射面处于搅拌器叶片附近．消除漩涡及搅拌叶片对信号 的干扰。 ２．３．６安装接管的长度应使天线喇叭口伸入罐内一定距离．以减少由 于安装接管和设备问焊缝所造成的发射能量损失 ２．３．７当液位计在导波管或旁通管中安装时．导波管或旁通管的内部 必须光滑无毛刺 ２．３．８雷达液位计一般安装在灌顶．如需侧向安装．可以使用４５。或 ９Ｏ。的延伸弯管。调整喇叭天线使之与液面垂直。 ２＿３．９不得损坏天线涂层 此问题较为常见，可用绳测法测量真实的上空距离（图１距离Ｈ）．如 果与仪表显示上空距离一致．证明仪表本身品质正常 重新设定零点 和满量程，根据公式（２），Ｌ＝Ｆ—Ｈ，零点Ｆ如果设定有误，则会造成实际 液位偏差。因此在标定前需要实地测量真实数据 如果仪表接人计算 机系统．还应检查仪表参数与组态数据是否一致 ３－３测量值失真 ３．３．１液位变化而测量值恒为常数 这种情况较为常见．通常是由于天线结疤．或冷凝附着物 天线上 厚而湿的附着物会对微波产生强烈的反射．使仪表显示在一个恒定的 高液位 应仔细清洗天线及天线附近的附着物 ３．３．２测量值波动 在容器内液位出现波动．如进料或搅拌等产生的临时性干扰会使 测量值波动。除了改善应用参数外．还应当检查仪表安装位置是否合 适．或者更换其他规格的天线 ３．４失波 故障现象为“失波”错误或死机 如果被测液体介电常数较低．反 射能力弱，会出现失波现象。或者由于漩涡、泡沫等对微波的扩散或吸 收，使得回波微弱而失波。可以考虑改善应用参数．更换安装位置．以 及更换更大规格的天线等方式 ４总结 ３雷达液位计常见故障排查及处理 雷达液位计是目前适用范围广、测量准确、维护方便的一种液位 ３．１仪表工作故障 测量仪表。随着价格的降低，功能的增强，应用也会越来越广泛。但雷 ３．１．１仪表不工作 达液位计同样有其局限性．如不能耐高温、高压．对介质的介电常数有 首先应检查仪表电源．电压是否正常．极性是否接反。然后检查接 定要求等。因此在选用时应根据实际工业情况、费用等综合考虑，做 线端子是否接好．如需要可以将端子重新连接 到先进适用、经济合理、安全可靠。这样才能真正的发挥雷达液位计可 一３．１．２显示值不可见 靠、精确的特点，为生产过程控制提供精准的依据。● 检查对比度是否设置正确。检查显示模块是否连接正确。检查输 出电流．如电流正常则显示模块故障，需更换。如电流异常则电子模块 【参考文献】 ［１］董树义．微波测量技术［Ｍ］．北京理工大学出版社，１９９０ 故障．需更换 ［２］浅谈雷达液面计的设计和应用【Ｊ】＿炼油化工自动化，１９９６，１． ３．１．３ ＨＡＲＴ通讯不工作 雷达液位计设计中应注意的问题ｆＪ］仪表与自动化，１９９９，４ 检查ＨＡＲＴ连接是否正常．手操器是否可用．手操器操作是否正 ［３］许宁．确 ［４］张明智，张锡洲．雷达液位计的应用【ＪＪ．工业计量，２００３ 刊）． ３．２测量值存在误差 故障表现为实际液位和测量值的变化趋势一致，但数值不相等。 ［责任编辑：杨扬］ （上接第１６Ｏ页）杆。对围岩破碎地段，除按上述要求进行支护外，还 考虑沿巷道走向适当增加锚索 ｂ）锚盘及螺帽：将原普通锚盘改为预应力锚盘，其规格加大为： 长Ｘ宽Ｘ厚＝１５０ｘｌ５０ｘ６ｍｍ：锚杆螺帽由现有二颗减少为一颗。其长度、 厚度适当加大 ｃ）金属网：将原１２＃铅丝手编网改为８－１０＃铅丝机编网。要求挂 网前必须找净顶、帮的危岩活石．网子必须紧贴岩面。 ｄ）熟料：采取可靠措施．以解决熟料受潮、淋水的问题：熟料下井 后．运输时间控制在八小时以内．且必须及时使用。 ｅ）对围岩特别松散、破碎地段，除按上述要求进行支护外，还增加 注浆加固工艺 ｆ）严禁使用回收复用的锚杆 １．２．３组织管理措施 （１）为强化对￥３０、Ｎ３０等高突区域、复杂矿压下的软岩支护体系 改革的顺利实施，公司成立了组织领导小组和三个专业组。试验领导 小组组长由公司总工程师担任，生产副总经理、安全副总经理、生产副 总工程师任副组长．相关部门负责人为成员。三个专业组分别为技术 管理组、组织执行组和监督管理组，由公司有关领导和部门负责人组 成 我们明确了试验领导小组和三个专业组的职责。且要求技术管理 （４）加强部门对生产现场的管理监督力度。由生产调度部技术组、 安监处综合组负责对隐蔽工程质量进行工序检查、验收．并建立专门 台帐进行管理。 ２存在问题及结论意见 根据目前￥３０、Ｎ３０等区域实施高突矿井复杂矿压下的巷道布置 及软岩支护技术以来．特别是自二。一一年九月十一日公司召开的支 护专题会议之后．我们新施工的￥３０人行下山＋１１６～＋１９８ｍ段、ｓ３０＋ １４５ｍ、＋１１６ｍ轨道石门、Ｎ３０底板通风下山、Ｎ３０材料下山＋１５１１１３以下 段等巷道．基本杜绝了原施工过程中存在的“边掘、边垮”或成巷后短 时间内就出现顶板离层、冒顶、喷体开裂、崩壳、底板隆起、锚杆杆体拉 断、锚盘变形的现象。这充分说明我们所采取的工程技术手段是行之 有效的．基本达到了预期目的 结合￥３０、Ｎ３０区域目前的埋深、岩性状况。我们目前所采取的技 术手段是不够的．还没有从根本上彻底解决实施高突矿井复杂矿压下 的巷道布置及软岩支护技术难题 从目前￥３０＋１１６ｍ、＋１４５ｍ轨道石门 施工期间的实际状况来看．局部地段仍然存在成巷后在短时间内出现 巷道破坏的现象。在生产过程中．我们将严格按照有关规定实施，确保 施工质量，减少后期的井巷维护量，保证安全生产的正常进行。● 组全面负责技术方案的制定、审查，对现场实施情况进行监督、检查， 并负责向领导小组组长、副组长汇报工程进展情况及改进意见等。 【参考文献】 （２）强化现场值班队干的管理与考核，对巷道成型、锚杆质量、金 ［１］郭敏，赵建军，张乾，刘思远．软岩巷道支护技术探讨【ＪＩ矿业安全与环保，２００４ 属网和喷浆等各工序质量要求以考核队干为主 （５）． ［２］刘坡．软岩工程支护技术探讨ｆＪ】＿煤矿现代化，２０１ ｌ（４）． （３）矿压观测：由企划部负责制定观测方案，企划部、生产调度部 等．软岩工程支护理论与技术［Ｍ］＿徐州：中国矿业大学出版社，，２００８ 技术组、地测组负责进行矿压观测和数据分析处理。公司有关领导和 ［３］靖洪文，部门根据观测数据、分析结果定期或不定期专题研究，以制定出更有 ［责任编辑：王静］ 针对性的措施 １ ５６ ｌ科技视界Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖｉｓｉｏｎ Ｉ