雷达液位计的优点及在化工生产中的应用

宋俊红 张春艾

【摘  要】雷达液位计是通过天线向被测介质物位发射微波，然后测出微波发射和反射回来的时间而得容器内液位的一种仪表。其特点是无位移、无传动部件、非接触式测量、不受温度、压力、蒸气，气雾和粉尘的限制，适用于黏度大的介质、有毒或无毒卫生型介质、有腐蚀性介质的物位测量。雷达液位计没有测量盲区，精度可以做得很高，液位测量误差最高可达1mm（特殊的可做到0.1mm），故可以作为商用计量仪表。

【关键词】雷达液位计;微波;介质

雷达液位计采用高频振荡器作为微波发生器，发生器产生的微波用波导管将它引到辐射天线，并向下射出。当微波遇到障碍物，例如液体液面时，部分被吸收，部分被反射回来。通过测量反射波与液面反射波之间某种参数关系来实现液位测量。目前有两大类雷达液位计，一类是发射频率固定不变，通过测量发射波与反射波的运行时间，并经过智能化信号处理器，测出被测液位的高度。另一类测量发射波与反射波之间的频率差，并将这频率差转换为与被测液位成比例关系的电信号。这种液位计的发射频率不是一个固定频率，而是一等幅可调频率。

使用雷达液位计时，被测介质的压力和温度对测量有很大影响。

雷达液位计在传播发射微波时，不需要空气作为传媒介质，所以介质温度的变化对微波的传播速度几乎没有影响，但是，雷达液位计的传感器和天线部分却不耐高温，所以这部分的温度不能太高，否则便不能正常工作。雷达液位计在测量高温介质时，需要采用空气或水强制冷却等措施来降温，或者使天线喇叭口和最高液位之间留有一段距离，以免天线受高温影响。雷达液位计所测的储罐操作温度不同，不同公司的产品相差甚多，通常在-40～150℃之间，有的可达300℃。

雷达液位计在传播微波信号时也不受空气密度的影响，所以雷达液位计在真空和受压状态下都能正常工作，但是，由于液面计的结构原因，当容器内的操作压力高到某一范围时，雷达液位计便会产生较大的测量误差，所以不能超过这一允许压力。

被测介质的哪些特性会影响雷达液位计的使用呢？

由于雷达液位计的测量原理和微波的传播特性有关，所以介质的相对介电常数、液体的湍动和气泡等被测物料的特性会对微波信号造成衰减，严重的甚至不能工作。

雷达液位计发射的超高频厘米波是以空间波形式沿直线传播的。当遇到被测介质时，微波会产生反射和折射。反射的程度和被测介质的相对介电常数有关，相对介电常数越大则反射率的损耗越小，如若介质的电导率大于10mS/cm，则会全部被反射回来，否则任何介质都会产生反射和折射式，使微波的有效反射信号的强度受到衰减。

物料的相对介电常数是表征介质极化的一个物理量，它是由物料本身的特性决定的，因此不同的物料就有不同的相对介电常数，由于过小的相对介电常数会造成微波的有效信号衰减，所以每种雷达液位计都有一个最小的相对介电常数，用户在选用雷达液位时，先要考虑物料的相对介电常数，以使雷达液位计正常工作。

不同公司的雷达液位计对最小相对介电常数的要求是不同的，这是因为介电常数的大小与温度和电磁场有关，而不同公司的雷达液位计，它们在结构设计上对温度和电磁场的要求是不同的，所以对介电常数的要求也不同，一般在1.5～2。但随着产品在工程上应用经验的不断丰富和采用的综合软件技术的不断提高，有些公司的雷达液位计对相对介电常数的最低值越来越小，因而连相对介电常数只有1.2～1.9的液态烃也可测量。

由于液体的湍动和泡沫对微波有散射和吸收作用，因此湍动和泡沫也会使微波信号受到衰减，从而影响雷达液位计的正常测量，为此在选购和安装雷达液位时，还要考虑液体的湍动和泡沫情况。

如果雷达液位计要测量的液体范围较小，也就是微波的传输途径较短，在这种情况下，微波信号即使受到衰减，也还是可以测量的。

安装雷达液位计的注意事项。

1、安装雷达液位计时，应避开进料口、进料帘和漩涡，因为液体在注入时会产生幅度比被测液位反射的有效回波大得多的虚假回波。同时，漩涡引起的不规则液位会对微波信号产生散射，从而引起有效信号的衰减，所以应避开它们。

2、对于有搅拌器的容器，雷达液位计的安装位置不要在搅拌器附近，因为搅拌时会产生不规则的漩涡，它会造成雷达信号的衰减。同时，搅拌器的叶片也会对微波信号造成虚假的回拨，特别是被测物体的相对介电常数较小和低液位时，搅拌器所造成的影响更为严重。

3、当雷达液位计用于测量腐蚀性和易结晶的物体液位时，为了防止介质对传感器的影响，制造商一般都采用带有聚四氟乙烯测量窗和分离法兰式结构。这些部件的温度不能太高，聚四氟乙烯的最高温度为200℃，为了避免高温对雷达天线的影响，也为了防止膜片上存在的结晶物影响仪表正常工作，要求法兰端面和最高液位之间至少有100～800mm的安全距离。

雷达液位计出现故障时应如何检查和处理呢？

雷达液位计在使用时，如果仪表输出老是在最大值，这很可能是石英窗下面有水柱，用水冲洗后便会正常工作。但是，如果石英晶体粘上物料或脏污物质，则需要及时清洁，方法是：关掉球阀，拆下罩子法兰和石英窗法兰，用绸布蘸酒精、汽油等溶剂擦楷石英表面，不可用碱性溶剂擦拭，最后要将石英玻璃擦干楷净。

在清洗过程中，不要拆开石英固定螺钉，不要用金属钳子，以免损伤石英表面的喷涂层。重装石英窗法兰时，石墨不锈钢缠绕垫圈要按工厂要求更换新的。

雷达液位计在使用时应进行哪些日常维护？

雷达液位计的日常检查维护主要是要看电源电压和输出电流是否正常。如果投运后仪表没有输出，则应检查电源是否真正接上，并检查保险丝是否烧坏，对于不超过两个月的短期停运仪表电源不必切断。

结论：总之，雷达液位计是一种经济高效，维护简单的测液位仪表，值得大力推广。基于雷达液位计的多种特点，其被广泛的应用于化工生产的液位计量。若用于腐蚀性较强或危险大的液体液位计量时，通常在外部再增加一套帆板液位计。避免雷達液位计失灵故障时，液位有显示，防止危险性液体外溢造成事故。

（作者单位：陕西陕化煤化工集团有限公司）