导波雷达物位计的选用

李宁

[摘要]本文介绍了导波雷达物位计的工作原理、技术特点，并结合实际项目介绍其选用方法及安装使用要求等

[关键词]导波雷达物位计、精度、天线、波束角、介质

[中图分类号]TN95 [文献标识码]A [文章编号]1672-5158（2013）06-0023-01

一、前言

目前，随着工业和仪表技术的发展，在越来越多的工厂中采用雷达物位计来监控反应釜、聚合釜及罐等关键设备的物位状况，从而反馈相关信息做为反应、聚合控制的依据。本文将结合项目，谈谈笔者对导波雷达物位计的工作原理、技术特点、选型要点和安装使用要求等各个方面的一些理解。

二、导波雷达物位计工作原理

导波雷达物位计是一种微波物位计，根据测量能量波运动过程的时间差来确定物位变化情况。由电子装置对微波信号进行处理，最终转化成与物位相关的电信号。

这里的能量波是脉冲能量波，能量辐射水平低（频率一般比智能雷达物位计低），一般脉冲能量波的最大脉冲能量为hnW左右（平均功率为1μW左右），不会对其他设备以及人员造成辐射伤害。

导波雷达物位计用于对液体、浆料及颗粒料等介电常数比较小的介质（≥1.4）进行非接触式连续测量，适用于温度和压力变化大、有隋性气体或蒸汽存在的场合，具有通用性强、防挂料、免维护和抗干扰及准确可靠等特点。

三、导波雷达物位计的选用实例

在中海石油化学股份有限公司所筹建的二氧化碳可降解塑料项目中，工艺需要监测带搅拌设备的反应釜中物料的液位，根据具体技术要求，采用了E+H智能型微波物位仪（导波雷达）Micropiiot M系列，下面将根据在项目过程中的实际运用来对导波雷达物位计的选型要点和安装要求做一个阐述：

（一）选型原则：

在本项目中，采用的反应釜规格为2.4m×3.6m（WxH），工艺要求测量范围为0-5m，带有搅拌桨，介质为聚合产物、环氧丙烷、甲醇，操作压力为0.3MPaG，操作温度为60℃，精度要求为±3mm，工艺连接要求为法兰形式，通讯类型为HART。根据以上参数，我们从以下几个方面方面来进行选型。

（1）精度

精度是测量准确性的指标，所以我们在选型过程中必须完全保证其对测量精度的要求。

（2）介质干扰反射

介质对其测量都有一定的干扰反射，但就其相同的导波雷达物位计来说，高频的物位计对介质的抗干扰能力强于低频的物位计。故在实际操作中选用了高频导波雷达。

（3）介质特性和测量值

根据介质特性，以介质的介电常数为依据来确定雷达波的反射率，从而进行分层测量和计算，最终得到较为准确的测量值。

（4）天线尺寸、温度、密封

天线尺寸越大，波束角就越小，干扰回波也就越弱，所以应该选择天线尺寸较大者。

天线温度的要求，根据工艺条件，一般选择在工艺条件允许的范围内。如果温度高过80℃，注意应该选择高温型号的雷达天线。

天线的密封要求，如果介质具有腐蚀性，在选择时我们必须特别注意其密封要求，需要选择特殊密封方式的产品。

（5）波束角

波束角是指雷达波的能量密度达到其最大值一半（3dB）时的角度，微波可以散射至波束角之外的区域，也可被干扰物反射回来，波束宽度直径W是天线类型（波束角a）和测量距离D的函数：W=2×D×tan a/2

（6）导波管

导波管一般用于介质泡沫较多，介电常数比较低甚至不导电的介质，或者测量设备中存在一定的干扰因素。本项目中，为了最大限度的避免搅拌浆对导波雷达的干扰，保证最佳的测量效果，为其增加导波管，以便给测量提供相对稳定、可靠和干扰较小的测量环境。

（7）天线延伸管

因其安装短管内的天线部件为屏蔽段，为了测量精度，天线喇叭必须伸出安装短管。

（二）安装要求

导波雷达物位计能否正确测量，依赖于反射波的信号。如果安装位置，液面不能将电磁波反射回雷达天线或在信号波的范围内有干扰物反射干扰波给雷达物位计，雷达物位计都不能正确反映实际物位。因此，合理选择安装位置对雷达物位计十分重要，在安装时应注意以下几点：

（1）导波雷达物位计天线的轴线应与液位的反射表面垂直。

（2）导波雷达物位计尽量远离出料口和进料口。

（3）针对金属罐和塑料罐，在整个量程范围内要求不碰壁，对于圆型或椭圆型的容器，应装在离中心为1/2R（R为容器半径）距离的位置，不可装在圆型或椭圆型的容器顶的中心处，否则雷达波在容器壁的多重反射后，汇集于容器顶的中心处，形成很强的干扰波，会影响准确测量。

（4）导波雷达物位计缆式探头或杆式探头离罐壁最小距离不小于30厘米。导波雷达物位计探头底部距罐底大约30mm。

（5）导波雷达物位计探头距罐内障碍物最小距离不小于200mm。

（6）喇叭型的导波雷达物位计的喇叭口要超过安装孔的内表面一定的距离（>10mm）。

（7）导波雷达物位计如果容器底部是锥型的，传感器可以安装导波雷达物位计罐顶中央，这样可以一直测量到罐底。

（8）如果外罐壁材质为诸如GRP之类的非导电材料时，微波信号同样可被信号波束角外的干扰物（如金属管道、爬梯、壁炉等）反射回来。因此，在信号波束角内不能安装此类干扰物。

（9）导波雷达的高频模块对现场电焊比较敏感，因此要求在其3 m之内不能动焊。

（10）对液位波动较大的容器的液位测量，可采用附带旁通管的液位计，以减少液位波动的影响。

四、总结

导波雷达物位计作为雷达物位计的一种正在广泛的被采用，因其特殊的测量原理，使其在非接触式的测量要求下，能准确、安全、可靠的完成测量任务。

导波雷达物位计的选用主要考虑其精度、测量范围、介质特性、天线类型和材质、延长管、安装要求等方面，就笔者理解选型要点中最关键的是介质特性和天线类型。充分了解导波雷达物位计的选型原则，能够对日后正确选用、安装及使用及维护起到一定的指导作用，不仅可以提高导波雷达物位计的使用寿命，还可以帮助我们实现对物位既经济又准确的测量。

参考文献

[1]陆德民、张振基和黄步余，石油化工自动控制设计手册（第三版）

[2]北京，化学工业出版社，2000.1 140-145

[5]王森，仪表常用数据手册北京化学工业出版社1998.7234-240

[4]化工自控设计规定，北京，全国化工工程建设标准编辑中心

[5]2001 65-68