隨著檢測手段的提高，檢測技術的發展，新的物位檢測方式不斷涌現。以核輻射物位計、微波物位計、激光物位計為代表的物位測量儀表進入市場，多數應用到環境惡劣、高溫高壓等情況下的物位檢測。而微波物位計（也稱雷達物位計）由于測量精度高、超群的耐高溫高壓的能力以及采用了非接觸的測量方式，使安裝使用簡易方便，其較高的可靠性已成為了石油及石化系統儲運罐區液位過程監測的首選儀表。

 

1、雷達物位計工作原理

 

雷達物位計利用回波測距原理，其喇叭狀或桿狀天線向被測物料面發射微波，微波傳播到不同相對介電率的物料表面時會產生反射，并被天線所接收。發射波與接收波的時間差與物料面與天線的距離成正比，測出傳播時間即可得知距離。雷達物位計按使用微波的波形可分為調頻連續波雷達物位計和脈沖波雷達物位計。

 

① 調頻連續波雷達物位計原理

 

調頻連續波物位雷達采用FMCW（頻率調制/連續波）體制，安裝在罐頂物位計通過天線向物面發射經頻率調制的電磁波信號，被測表面返回的信號被發射天線接收，并與天線發射的瞬時頻率信號比較。由于信號的頻率按照一定規律不斷變化，因此比較信號頻率與天線到物面的直線距離成比例。綜合測量信號與油罐形狀參數，進行幾何處理，就可以得到精確的物位高度和剩余量信息。主要用于高精度的高端產品，測量精度可以達0.1%FS，甚至更高。

 

② 脈沖波雷達物位計原理

 

雷達物位計天線發射極窄的微波脈沖（例如：26G頻率雷達，即：發送一個△t時間（一般為1ns）的脈沖，疊加26GHZ的正弦波信號），這個脈沖以光速在空間傳播，碰到被測介質表面，其部分能量被反射回來，被同一天線接收。發射脈沖與接收脈沖的時間間隔與天線到被測介質表面的距離成正比。由于其發射脈沖與接收脈沖的時間間隔非常小，一般都采用時間拓展技術，并采用多次測量求平均的方法獲得最終結果。這種測量技術決定了其精度為0.2%-0.3%。

 

2、雷達物位計的應用領域

 

雷達物位計具備非接觸、低保護、不掛料、抗粘貼、高性能、高可靠性，運用生存的年限長等優勢，在與電容、重錘等接觸式儀表對比，具備無可比擬的優良性。由于微波是電磁波，以光速傳播且不受介質特性影響，所以在一些有溫度、壓力、蒸汽等場合，超聲波物位計不能正常工作，而雷達物位計可以使用。即使極限溫度、極限壓力、強腐蝕介質、易揮發介質、帶攪拌渦流、結垢掛料及高度飛塵粉塵等工況下也能可靠測量。

 

雷達物位計應用領域

 

① 化工與石化儲存容器及工藝儲罐；

 

② 制藥業反應器；

 

③ 食品與飲料制造業；

 

④ 煉油工藝容器；

 

⑤ 水及污水處理；

 

⑥ 水電力發電及水壩；

 

⑦ 水泥、粉末、木片屑及其它固料測量應用。

米科雷達物位計

 

3、雷達物位計的選型和安裝使用

 

3.1 雷達物位計選型注意事項

 

① 接收天線掛料問題蒸汽帶料和大多數料漿都具備很強的粘貼性，雷達物位計會碰到接收天線掛料的問題。掛料對介電常數小的介質沒有影響，對介電常數大的介質會有影響。在接收天線近旁引入高壓風對接收天線吹掃，可以避免掛料。也可選用帶PTFE的防塵罩，常溫狀況下，只需用分子化合物塑料薄膜罩在接收天線上，定期徹底整理掛料即可。

 

② 固態料位的檢測固態料面不平整，反射信號復雜，尤其是氣動輸送的粉狀料位。固然理論上粉塵對雷達物位計沒有影響，但數量較多的粉塵也能萌生散射，影響回波。這里可選用導波雷達物位計解決這一問題，導波雷達物位計已成功應用在成品倉的料位檢測中。但導波雷達的導波纜索又容易被結實又硬的物料毀壞，在石灰巖倉料位檢測中就碰到這樣的問題，可選用杭州米科的高頻雷達物位計，因為其發射角小，回波信號好，抗干擾性能大大增長，固態甚至于氣動輸送的粉料也能獲得正確檢測。

 

③ 帶有蒸汽的物位檢測實際應用中經常碰到蒸汽非常大的物位檢測，如雷達物位計開始時監測正常，運行一段時間后會出現指示失真（失波）現象，查找不出任何問題，拆卸檢查重新安裝后又恢復正常。理論上說蒸汽對雷達物位計不會有什么干擾，這正是它的長處。但通過分析認為形成干擾的并不是蒸汽，而是凝結在發射接收天線上的蒸汽冷凝水。這時在選型時就要注意選擇棒式接收天線，這樣冷凝水順著接收天線流掉，問題就得以解決。

3.2  雷達物位計的安裝使用

 

① 雷達物位計的標準安裝

 

標記應指向罐壁，安裝標記應位于法蘭的2個螺釘孔的正當半中腰；法蘭的定位方向，為了準確認位，在法蘭或螺絲扣上均有標記。

 

在安裝時，此標記務必合乎：

 

a、法蘭的指使標記應指向罐壁或罐的核心；

 

b、如運用導波管安裝，法蘭標記應指向開孔的一側；

 

c、如運用旁通管安裝，法蘭標記應與指向連通管的一側。

 

智能雷達物位計在運用過程中，回波信號的幅度表清楚安裝位置是否最佳，在固體料應用場合假如回波信號幅度較低可轉動法蘭，每每轉動一個孔位使干擾回波達到最小。

 

另外還可以經過虛假回波儲存，達到最好檢測效果。具體操作步驟如下：

 

a、在敞開儲罐的過程連接之前，務必明確罐內無壓力，并無有害媒介。

 

b、應明確器皿內空罐或料位剛好遮蓋罐底的狀況下實施定位調試，料位較少的情況下也可進行定位調試；可經過虛假回波儲存，對雷達物位計回波信號進行優化。

 

c、將法蘭標記轉動一個孔位，或將螺絲扣轉動1/8圈，注意回振幅度，接著旋轉法蘭或螺絲扣，一直到轉動一圈截止，在回波信號最佳位置定位。

 

d、在最優位置固定好法蘭或擰緊螺絲扣，若有不可缺少，改易嚴密封閉圈。

 

② 安裝注意事項

 

a、天線平行于測量槽壁，利于微波的傳播。

 

b、安裝位置距槽壁距離應＞30cm，以免將槽壁上的虛假信號誤做回波信號。

 

c、盡量避開下料區、攪拌器等干擾源，使波束范圍內無固定物，提高信號的可信度。

 

d、接管直徑應≤屏蔽管長度（100mm或250mm）。

 

4、雷達物位計在測量時常見問題及處理方法

 

如今雷達物位計已成為一種常用的測量工具，這是由于它具有測量精度高、不接觸介質、維護方便、安裝簡單等優良的性能特征，因此也越來越多地應用于：

 

① 物面波動劇烈的動態罐介質的物位；

 

② 溫度高，壓力高介質的物位；

 

③ 罐內高粘度介質（如瀝青，原油等）的物位；

 

④ 有毒、有害、易揮發的不穩定介質的物位。

 

但雷達物位計在測量以上介質物位時會遇到精度不準的問題，下面來了解一下影響精度的因素及解決方法。

 

① 雷達物位計接收反射波能的數量依賴于被測介質的反射特性，反射率取決于被測介質的傳導率和介電常數兩特性，介電常數低，傳導率低的液體反射信號弱，信號衰減嚴重，因此，雷達物位計測量物位時，一定要考慮發射電磁波信號源的功率強弱。

 

② 被測介質的液位波動或泡沫散射會引起信號減弱，因此要提高信號源的功率或加導波管。

 

③ 被測介質的罐內有障礙物時，會產生虛假信號，影響雷達物位計的正常工作，為此要采用功能強的微處理器進行復雜的信號處理。同時，在安裝時盡量避免罐內的障礙物。

 

④ 雷達物位計的安裝應盡量使天線發射的電磁波垂直于被測介質的液面，同時要使天線盡可能多接收到液面反射波。

 

⑤ 雷達物位計在測量罐頂時，應使液面與天線保持一段距離，這是為了防止被測介質對天線會有腐蝕性。同時在測量罐底液位時，發射波可能穿透罐底液面，打到罐底，這樣反射回來的波就是干擾波。或者當罐底為凹形或錐形時，當液面低于此點時，雷達物位計也無法測量。所以在信號處理的問題上，要注意限值的選定。

 

⑥ 雷達物位計在不同的工況中應選擇不同形狀的天線。為避免罐壁、罐內干擾物產生干擾，建議選用導波管來避免干擾回波。

 

⑦ 使用故障集中在以下幾方面：

 

a、探頭或喇叭口結晶，尤其在冬季環境溫度低時易發生。

 

處理方法：去除結晶，用酸性清洗液清洗；采用合適的伴熱或吹掃氣吹掃延長結晶時間。

 

b、干擾大，產生假液（物）位。

 

處理方法：改變介電常數設置，減少干擾回波；加強屏蔽處理及接地，減少干擾源的存在。

 

c、雷達液位計的空高值雖然是一個測量固定值，但如果原輸入的數據測量有誤也會造成最終DCS系統界面顯示不準。如果條件允許，建議對罐體進行1次雷達空高值的準確測定。

 

雷達物位計作為一種應用廣泛的物位檢測儀表，有眾多長處。縱然背景溫度、壓力變動非常大，有惰性氣體及揮發存在，雷達物位計也能夠應用。雷達物位計波束能量較低，對人體不會導致損害。但雷達物位計也存在一定限制性。主要表現在介電常數對雷達的影響上。盡管雷達在真空中衰減極小，但在空氣中卻會遭受影響。特別是當空氣中包括高介電性的粉塵面子（青灰，鐵合金等）、水氣非常大等情況，會對雷達導致一定程度衰減，影響監測效果。