脉冲串雷达液位变送器的应用

    在石油化工行业中,液位测量是一个非常普遍且重要的工艺参数。目前,国内外测量液位仪表种类繁多,在自动控制中起着十分重要的作用。根据检测方式的不同,液位测量仪表大体分为电容式、差压式、超声波式、浮筒式、激光式、微波式、雷达式、射线式、振动式等几大类,各类仪表的工作原理各不相同。根据工艺介质的特性和测量要求的不同,正确选择和使用液位仪表,是保证液位仪表正常可靠工作的关键。在笔者曾参加的工程项目中,多次选用了脉冲串雷达液位变送器应用在不同的场合,从此类仪表投运的效果看,用户反映运行状况良好,测量准确,工作稳定可靠,未出现任何故障现象。

    1　脉冲串雷达液位变送器的原理

    脉冲串雷达液位变送器与导波雷达液位变送器不同。导波雷达液位变送器运用了TDR原理(时域反射原理),TDR发生器产生一个沿导波杆向下传送的电磁脉冲波,当遇到比先前传导介质(空气或蒸发气)介电常数大的液体表面时脉冲被反射,用超高速计时电路来计算脉冲波的传导时间,电磁脉冲波传输距离S= Vt,从而达到精确的液位测量。脉冲串雷达变送器是以脉冲串雷达技术和等时采样电路(EST)为基础的一种变送器。它可以发射5.8或6.3 GHz微波能量的短脉冲串,然后由液体表面反射,根据D = CT/2计算距离,然后用储槽高度计算出液位,其原理见图1所示。非接触式脉冲串雷达变送器是最新诞生的24 V DC回路供电的液位变送器。耗电少,响应快,并且比大多数回路供电的雷达变送器使用更方便,它的工作性能更佳,是导波雷达变送器技术又一次重大进展,为绝大多数过程液位的应用场合提供了完善的解决方案。

    根据脉冲串雷达变送器的原理,最大的液位测量范围应该是传感器偏置(+)+储槽高度,但是由于噪声和介质的结垢会急剧地降低测量的可靠性,安全正常的测量范围一般从图2中的安全区以下到最低液位测量值,图2中的截止距离为传感器基准点到喇叭形天线(或绝缘杆)下端面的距离加上50 mm。

    2　脉冲串雷达液位变送器的特性

    常规雷达液位变送器通过空间传播电磁波,而脉冲串雷达液位变送器采用绝缘杆或喇叭形天线传播电磁波能量,故而它具有雷达液位仪的全部性能,又有独特的优点。介质的相对密度和介电常数(1.7<εr<100)变化对测量均无影响,5.8或6.3 GHz的工作频率,在扰动、泡沫和较强的蒸发等严酷工况下仍具有优越的性能,因为它采用传输时间来测量液位,介电常数不同,反射传输的时间是一样的,无须信号的处理和辨别。

    由于电磁波是恒定的,编程组态时,只需输入量程等有关参数,不需要任何迁移来改变量程,不需现场标定。采用两线制回路供电,降低了能耗,信号的衰减保持在最小程度,输出到波导体的信号能量可以非常小,约为0.01 mW,避免了干扰,脉冲串雷达变送器采用一个平面偏振的微波束,通过旋转改变它的性能,适当的定向可以减少不需要的目标的反射,降低侧壁的反射(多路的)并使直接由液面反射的能量最大,能更好地满足不同测量方式的需要。