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　　一、前言
　　
　　雷達(dá)液位計(jì)是近幾年開始普及的經(jīng)濟(jì)型的物位測(cè)量?jī)x表，它采用與介質(zhì)無接觸的測(cè)量方式，具有安裝方便、故障率低、維護(hù)容易、度高、受介質(zhì)影響小等優(yōu)點(diǎn)，在冶金、化工、煉油等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。
　　
　　我公司存貯粗苯、焦油、廢氨水等的十幾個(gè)高度為20m貯槽液位的測(cè)量，原設(shè)計(jì)用日本東京計(jì)裝的浮子鋼帶液位計(jì)，由于鋼帶液位計(jì)機(jī)械部件多，容易受粗苯、廢氨水等物質(zhì)的腐蝕，使用以來故障率一直很高，維護(hù)量和費(fèi)用也逐年增多；用雷達(dá)液位計(jì)對(duì)部分的液位計(jì)改造后，故障率明顯下降，度提高，維護(hù)量與備件費(fèi)用降低，取得良好效益。
　　
　　二、浮子鋼帶液位計(jì)存在的問題
　　
　　機(jī)械式浮子鋼帶液位計(jì)，如圖1a所示，是通過浮子、鋼帶和變送器中的彈簧、轉(zhuǎn)軸、滑線電阻、放大電路等部件共同作用將槽中液位的升降轉(zhuǎn)化為4~20mA的標(biāo)準(zhǔn)化電流信號(hào)，供中控室顯示和報(bào)警。槽中固定鋼絲的導(dǎo)向作用是使浮子上下移動(dòng)而不左右移動(dòng)。
　　
　　這種類型的液位計(jì)有較多的機(jī)械部件，安裝時(shí)要在槽內(nèi)安裝鋼絲，頂部安裝滑輪，鋼帶還需裝保護(hù)套管，很不方便。由于設(shè)備老化、機(jī)械部件的磨損和受介質(zhì)的腐蝕，故障日益增多：貯槽內(nèi)易揮發(fā)的雜質(zhì)如萘等在滑輪處積垢，影響滑輪的轉(zhuǎn)動(dòng)；受內(nèi)部介質(zhì)如氨水、粗苯等的腐蝕或操作人員在人工搖起浮子至高處突然釋放的不正確操作，使鋼帶斷裂；變送器內(nèi)部的彈簧卷、滑輪等部件在使用中會(huì)出現(xiàn)彈簧斷裂或脫離固定支架、鋼帶脫離滑輪等故障，使變送器內(nèi)的部件出現(xiàn)卡死故障；長(zhǎng)期使用也會(huì)使固定鋼絲出現(xiàn)毛刺或斷開，浮子不能正常上下移動(dòng)等。以上的任一故障都會(huì)使液位計(jì)不能正常工作。為排除這些故障，維護(hù)人員須頻繁地清理積垢、重新安裝更換部件、加油等，有些故障如更換鋼帶和鋼絲還需人工清槽，不僅工作量大，需清槽費(fèi)用，又影響生產(chǎn)。
　　
　　三、用雷達(dá)液位計(jì)取代浮子鋼帶液位計(jì)
　　
　　為解決鋼帶液位計(jì)長(zhǎng)期以來存在的問題，降低備件與維護(hù)費(fèi)用；同時(shí)，現(xiàn)代工藝、控制手段的發(fā)展，也要求儀表在測(cè)量中能提供穩(wěn)定可靠、度更高的在線數(shù)據(jù)，因此，有必要采用一種新的測(cè)量方式。
　　
　　由于我公司貯槽存儲(chǔ)的粗苯、焦油、氨水等物品易燃易爆，腐蝕性強(qiáng)，因此要求選用的液位計(jì)具有很高的防爆能力和抗腐蝕能力?？紤]到槽內(nèi)介質(zhì)的密度、濃度等特性不恒定，有些介質(zhì)如粗苯、焦油等還容易揮發(fā)產(chǎn)生霧，還要求儀表具有不受槽內(nèi)霧氣和介質(zhì)密度變化等影響的能力。綜合以上因素，對(duì)可用于貯槽的幾種液位計(jì)進(jìn)行綜合比較后，我們選用VEGAPULS雷達(dá)液位計(jì)。它采用二線制、24VDC供電，本質(zhì)安全；頂裝式，只要在大槽頂?shù)纳w板開一孔，不需要清槽等預(yù)備工作，安裝十分方便；非接觸式測(cè)量，不受介質(zhì)的特性影響；雷達(dá)發(fā)出的雷達(dá)波不需傳輸媒介，能不受影響地穿過大槽內(nèi)的揮發(fā)霧，具有故障率低、容易維護(hù)、度高等優(yōu)點(diǎn)，能很好滿足現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的要求。
　　
　　1.雷達(dá)液位計(jì)的測(cè)量原理
　　
　　雷達(dá)液位計(jì)采用發(fā)射—反射—接收的工作模式。雷達(dá)液位計(jì)的天線發(fā)射出電磁波，這些波經(jīng)被測(cè)對(duì)象表面反射后，再被天線接收，電磁波從發(fā)射到接收的時(shí)間與到液面的距離成正比，關(guān)系式如下：
　　
　　D=CT/2
　　
　　式中D——雷達(dá)液位計(jì)到液面的距離
　　
　　C——光速
　　
　　T——電磁波運(yùn)行時(shí)間
　　
　　雷達(dá)液位計(jì)記錄脈沖波經(jīng)歷的時(shí)間，而電磁波的傳輸速度為常數(shù)，則可算出液面到雷達(dá)天線的距離，從而知道液面的液位。
　　
　　在實(shí)際運(yùn)用中，雷達(dá)液位計(jì)有兩種方式即調(diào)頻連續(xù)波式和脈沖波式。采用調(diào)頻連續(xù)波技術(shù)的液位計(jì)，功耗大，須采用四線制，電子電路復(fù)雜。而采用雷達(dá)脈沖波技術(shù)的液位計(jì)，功耗低，可用二線制的24VDC供電，容易實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全，度高，適用范圍更廣。
　　
　　VEGAPULS雷達(dá)液位計(jì)采用脈沖微波技術(shù)，其天線系統(tǒng)發(fā)射出頻率為6.3GHz、持續(xù)時(shí)間為0.8ns的脈沖波束，接著暫停278ns，在脈沖發(fā)射暫停期間，天線系統(tǒng)將作為接收器，接收反射波，同時(shí)進(jìn)行回波圖像數(shù)據(jù)處理，給出指示和電信號(hào)。
　　
　　2.雷達(dá)液位計(jì)的特點(diǎn)
　　
　　（1）雷達(dá)液位計(jì)采用一體化設(shè)計(jì)，無可動(dòng)部件，不存在機(jī)械磨損，使用壽命長(zhǎng)。
　　
　?。?）雷達(dá)液位計(jì)測(cè)量時(shí)發(fā)出的電磁波能夠穿過真空，不需要傳輸媒介，具有不受大氣、蒸氣、槽內(nèi)揮發(fā)霧影響的特點(diǎn)，能用于揮發(fā)的介質(zhì)如粗苯的液位測(cè)量。
　　
　　（3）雷達(dá)液位計(jì)幾乎能用于所有液體的液位測(cè)量。電磁波在液位表面反射時(shí)，信號(hào)會(huì)衰減，當(dāng)信號(hào)衰減過小時(shí)，會(huì)導(dǎo)致雷達(dá)液位計(jì)無法測(cè)到足夠的電磁波信號(hào)。導(dǎo)電介質(zhì)能很好地反射電磁波，對(duì)VEGAPULS雷達(dá)液位計(jì)，甚至微導(dǎo)電的物質(zhì)也能夠反射足夠的電磁波。介電常數(shù)大于1.5的非導(dǎo)電介質(zhì)（空氣的介電常數(shù)為1.0）也能夠保證足夠的反射波，介電常數(shù)越大，反射信號(hào)越強(qiáng)。在實(shí)際應(yīng)用中，幾乎所有的介質(zhì)都能反射足夠的反射波。
　　
　?。?）采用非接觸式測(cè)量，不受槽內(nèi)液體的密度、濃度等物理特性的影響。
　　
　?。?）測(cè)量范圍大，zui大的測(cè)量范圍可達(dá)0~35m，可用于高溫、高壓的液位測(cè)量。
　　
　　（6）天線等關(guān)鍵部件采用高質(zhì)量的材料，抗腐蝕能力強(qiáng)，能適應(yīng)腐蝕性很強(qiáng)的環(huán)境。
　　
　　（7）功能豐富，具有虛假波的學(xué)習(xí)功能。輸入液面的實(shí)際液位，軟件能自動(dòng)地標(biāo)識(shí)出液面到天線的虛假回波，排除這些波的干擾。
　　
　　（8）參數(shù)設(shè)定方便，可用液位計(jì)上的簡(jiǎn)易操作鍵進(jìn)行設(shè)定，也可用HART協(xié)議的手操器或裝有VEGAVisualOperating軟件的PC機(jī)在遠(yuǎn)程或直接接在液位計(jì)的通信端進(jìn)行設(shè)定，十分方便。
　　
　　3.雷達(dá)液位計(jì)安裝的注意事項(xiàng)
　　
　　雷達(dá)液位計(jì)能否正確測(cè)量，依賴于反射波的信號(hào)。如果在所選擇安裝的位置，液面不能將電磁波反射回雷達(dá)天線或在信號(hào)波的范圍內(nèi)有干擾物反射干擾波給雷達(dá)液位計(jì)，雷達(dá)液位計(jì)都不能正確反映實(shí)際液位。因此，合理選擇安裝位置對(duì)雷達(dá)液位計(jì)十分重要，在安裝時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
　　
　?。?）雷達(dá)液位計(jì)天線的軸線應(yīng)與液位的反射表面垂直。
　　
　?。?）槽內(nèi)的攪拌閥、槽壁的黏附物和階梯等物體，如果在雷達(dá)液位計(jì)的信號(hào)范圍內(nèi)，會(huì)產(chǎn)生干擾的反射波，影響液位測(cè)量。在安裝時(shí)要選擇合適的安裝位置，以避免這些因素的干擾。
　　
　　（3）喇叭型的雷達(dá)液位計(jì)的喇叭口要超過安裝孔的內(nèi)表面一定的距離（>10mm）。棒式液位計(jì)的天線要伸出安裝孔，安裝孔的長(zhǎng)度不能超過100mm。對(duì)于圓型或橢圓型的容器，應(yīng)裝在離中心為1/2R（R為容器半徑）距離的位置，不可裝在圓型或橢圓型的容器頂?shù)闹行奶?，否則雷達(dá)波在容器壁的多重反射后，匯集于容器頂?shù)闹行奶?，形成很?qiáng)的干擾波，會(huì)影響準(zhǔn)確測(cè)量。
　　
　?。?）對(duì)液位波動(dòng)較大的容器的液位測(cè)量，可采用附帶旁通管的液位計(jì)，以減少液位波動(dòng)的影響。
　　
　　安裝完畢以后，可以用裝有VEGAVisualOperating軟件的PC機(jī)觀察反射波曲線圖，來判斷液位計(jì)安裝是否恰當(dāng)，如不恰當(dāng)，則進(jìn)一步調(diào)整安裝位置，直到滿意為止。
　　
　　在我公司的貯槽中，zui初我們選擇雷達(dá)液位計(jì)安裝于離槽壁大約300mm的位置，用PC機(jī)觀察反射波曲線圖如圖2a所示，在反射波前有一很強(qiáng)的干擾波，造成這種干擾波的主要原因可能是槽壁上的積垢。為避免這些因素的影響，我們選擇在距天線和支撐柱距離各為1000mm的位置如圖1b所示，用裝有VEGAVisualOperating軟件的PC機(jī)觀察反射波曲線圖如圖2b所示，降低了干擾波的強(qiáng)度，有效地去除了干擾波的影響。
　　
　　對(duì)于有些安裝位置無法避免的干擾波如圖2b的干擾波，還可利用VEGAPULS雷達(dá)液位計(jì)識(shí)別虛假波的功能，液位計(jì)能根據(jù)實(shí)際液位標(biāo)識(shí)出干擾反射波，并存于雷達(dá)液位計(jì)的內(nèi)部數(shù)據(jù)庫，使雷達(dá)液位計(jì)在數(shù)據(jù)處理時(shí)能識(shí)別這些干擾波，去除這些干擾反射波的影響，保證測(cè)量的準(zhǔn)確性。
　　
　　4.雷達(dá)液位計(jì)的維護(hù)
　　
　　雷達(dá)液位計(jì)主要由電子元件和天線構(gòu)成，無可動(dòng)部件，在使用中的故障極少。使用中偶爾遇到的問題是，貯槽中有些易揮發(fā)的有機(jī)物會(huì)在雷達(dá)液位計(jì)的喇叭口或天線上結(jié)晶，對(duì)它們只要定期檢查和清理即可，維護(hù)量少。
　　
　　在日常維護(hù)中，可以用PC機(jī)（裝有VEGAVisualOperating軟件）遠(yuǎn)程觀察反射波曲線圖，對(duì)于后來可能新產(chǎn)生的干擾波，可以利用液位計(jì)有識(shí)別虛假波的功能，除去這些干擾反射波的影響，保證準(zhǔn)確測(cè)量。
　　
　　四、效果比較
　　
　　采用雷達(dá)液位計(jì)對(duì)鋼帶浮子液位計(jì)進(jìn)行改造后，設(shè)備的故障率、安裝工作量、維護(hù)量、備件量等方面都取得明顯效果，其中zui典型的是粗苯貯槽的液位測(cè)量。由于粗苯的腐蝕性*，使鋼帶浮子液位計(jì)故障頻繁，平均每月故障不少于4次；改用雷達(dá)液位計(jì)后的兩年多時(shí)間里，液位計(jì)運(yùn)行穩(wěn)定，未發(fā)生過一次故障。根據(jù)使用經(jīng)驗(yàn)，對(duì)雷達(dá)液位計(jì)和鋼帶浮子液位計(jì)性能特點(diǎn)進(jìn)行比較，見表1。
　　
　　除了儀表的性能外，改造的一次性投資和日后的運(yùn)行成本也是用戶考慮的重要內(nèi)容。由表2和表3可看出，不論是一次性的改造投資，還是日后的運(yùn)行成本，雷達(dá)液位計(jì)明顯要比浮子鋼帶液位計(jì)低。對(duì)用戶來說，可節(jié)約一筆可觀的改造費(fèi)用和運(yùn)行成本，給企業(yè)降低成本，增加效益。