非接触式雷达物位计的选型与安装

蒋学华,宋涛(兰州寰球工程公司，甘肃 兰州 730060)

1 概述

非接触式雷达物位计是一种通过天线收发电磁信号，仪表本体无需与被测介质接触即可测量介质物位的仪表。雷达物位计精度高，目前产品已经能达到不大于1mm的测量误差；抗干扰能力强，由于雷达波本身的特点，仪表测量过程中温度、压力变动的影响可忽略不计；能持续测量，仪表通过持续发射微波，实现对介质的物位变动的实时监测。除了具有这些雷达物位计共同的优点外，非接触式雷达物位计与接触式雷达物位计相比，还有更多的优点。量程大，现有产品量程0-70米，而杆式接触式雷达只有0-6米，缆式接触式雷达也只有0-35米；维护量小，因与被测介质无需接触，安装方便维护简单。

2 工作原理

雷达物位计的通过天线发射和接收电磁波，通过发射与接收电磁波的时间差确定发射端与被测液面的距离。电磁波速度为光速C，电磁波发射时间为T1,接收时间为T2，则发射端与物位的距离ΔL=C×（T2-T1）/2。如果被测罐的高度（罐底到物位计发射端的高度）为H，那么被测液面的高度即为Δh=H-ΔL。

3 选型原则

3.1 非接触式雷达物位计有几个选型原则

确定被测介质的介电常数。雷达物位计是基于发射--反射--接受的过程来实现物位测量的，因此被测介质对雷达波的反射率是必须考虑的，而介质对雷达波的反射率跟介质的介电常数成正比。目前，主流雷达物位计要求的最低介电常数约为1.5，介电常数低于1.5的介质不应选用雷达物位计。对于一些刚过临界点的介质适用雷达物位计呢，比如一些液化石油气的介电常数约为1.6左右，这种临界情况下，如果选用非接触式雷达物位计，一般采用增加一根导波管的方案，增强雷达波回波信号，即可满足测量要求。

3.2 合理选择检测精度

不同的应用场所对雷达物位计的精度要求不一样，一般分为计量级和工业控制级。计量级雷达物位计精度±1mm,一般采用调频连续波式工作方式，即发射器在一个频段内按照匀速增长的频率发射雷达波，物位计检测回波和发射波之间的频率差，并将频率差转换成时间差来计算距离。调频雷达物位计连续发射电磁波测量，响应快，这种形式的雷达物位计功耗大，电路复杂，成本较高，采用四线制。剂量计雷达一般应用于需要计量的罐区等场合。工业控制级雷达物位计一般采用脉冲波，断续地扫描处理，功耗低，可用二线制的24V DC供电，容易实现本质安全，价格低，广泛地应用于生产装置的各类容器、罐区、料仓等。

3.3 合理选择防爆等级

仪表在防爆区域内安装时，需要根据防爆区域划分的类别以及可燃介质的组别，选用相应防爆级别的型号。我国的防爆场合主要分为两类，气体（含可燃蒸汽）爆炸危险场所（0区、1区、2区）和粉尘、纤维爆炸危险场所（10区，11区）。特别值得注意的是，两种防爆场合的仪表不能混用，气体爆炸危险场所选用本安型、隔爆型仪表（0区不适用）等形式的仪表，而粉尘、纤维爆炸危险场所务必选用粉尘防爆型仪表。防爆区域划分确定以后，进一步确认爆炸性气体或粉尘是什么物质，根据规范查阅这种物质的引燃温度及组别，即可确定仪表的防爆等级。例如，2区防爆环境中，爆炸危险气体为乙炔，我们可以选用Ex dⅡCT2及以上防爆等级的仪表。

3.4 合理选择量程

根据实际工况确定量程，选择相应量程的雷达物位计型号。不同量程的雷达物位计发射功率不同，量程范围越大功率越大。如果小量程工况选择大功率雷达物位计，浪费能源，反之大量程工况选择了功率过小的雷达物位计，则无法准确测量。

3.5 合理选用天线材质和型号

根据工况合理选用天线的材质，介质高温则选用高温型天线，介质腐蚀性强则选用耐腐蚀天线（虽然天线不与物料接触，但物料往往会汽化或产生悬浮的粉尘颗粒与天线接触）。部分工况下，为保证雷达物位计天线能插入到罐体内部，需选择加长型天线、特殊延长型等。

3.6 合理选择防护等级

根据安装环境确定雷达物位计对水（雨水等）、尘埃的防护等级。仪表的防护等级按IEC标准表示为IP XY,字母IP为防护等级特征字母。XY为阿拉伯数字，其中X表示对尘埃的防护等级，从0到6一共7级，分别代表仪表可防止尘埃进入的程度；Y表示对水的防护等级，从0到8一共9级，分别代表仪表防水的程度。例如某仪表完全防尘，且在制造厂规定的条件下可长期潜水工作，其防护等级为IP68。

4 安装注意事项

根据不同的工况，非接触式雷达物位计可在罐体中、导波管中、旁通管中等位置安装。

在罐体中安装时，应特别注意五点：1、雷达物位计波束需垂直于被测介质平面，即雷达物位计的发射部位（如喇叭口）相对于被测介质的平面垂直安装。2、不可安装在罐体中央，干扰会导致信号丢失；3、不可安装在加料口上方，加料时会造成极大的干扰回波，导致料位计出现虚假值；4、料位计安装位置与罐壁距离宜为罐体直径的1/6，且最少不能低于15cm（因雷达物位计的型号不同最小距离不同，以选用型号的要求为准）。5、如果罐体为非导电性材料，则雷达物位计波束散射的范围内，避免有爬梯、金属管道、操作平台等反射雷达波造成干扰。

当罐体内部工况复杂，比如有加热管、内浮顶、各种支架较多等情况时，不宜直接安装非接触式雷达物位计，而经常采用增加导波管的方式安装。导波管至少满足以下要求：1、应为管径均匀的金属管（宜选用不锈钢管）；2、导波管内壁必须始终光滑，任何过渡段不能有超过1mm的裂缝、焊缝等；3、导波管上方侧面（罐体内），物位死区的位置加工通风口用以补偿导波管内压力，使导波管内的物位与罐内物位保持一致；4、导波管的安装垂直度偏差要小于0.3度,即每10m垂直偏差绝对值小于0.05m。

当罐体内部无法直接安装物位计，也无法安装导波管时，比如罐体内有搅拌器等情况时，可采用旁通管安装方式。旁通管的安装要求基本与导波管相同，只是不再开通风口。

5 结语

非接触式雷达计的特点突出，只要在正确选型、安装的基础上，就能广泛地应用于各种高温、高压、粘度大、腐蚀性强、易燃、有毒的环境中，特别适用于大型立罐和球罐。可靠性高，维护量小，提高生产效率。

[1]陆德民.主编.石油化工自动控制设计手册[M].3版.北京：化学工业出版社，2000:1087-1098.

[2]李莹莹.E+H雷达液位计在化工储罐的应用[J].硅谷，2011（24）:144-144.