高精度脉冲雷达在原油罐中的应用

    长期以来,在原油外浮顶罐的液位测量中,一直采用人工投尺的方法,但这种方法受人为因素影响较大,而且费时费力,人们一直在探讨采用智能液位计来代替人工测量的方法。

     目前经常采用的液位计主要有伺服式液位计、钢带式液位计、磁致伸缩液位计及雷达液位计等几类,其中前几种均属于接触式的测量原理,对于原油这种粘稠的介质,其维护量较大,故障率较高,因此不宜采用。而雷达液位计由于采用了非接触式的测量原理,因而具有操作简单、维护方便等优点。

    1　现代的毫米级脉冲雷达技术

    长期以来,关于用何种方法可以得到更高的精度这一问题,在采用FMCW方法和脉冲法的雷达制造厂商之间存在着争论。而事实上,在目前的技术条件下,二者均可在相当宽的温度范围内保证参考条件下1 mm的精度。

    对于FMCW方法,必须采用昂贵的振荡器温度稳定装置,或安装内部的参考源,通常需要不断地进行校准。而对于脉冲法,通过使用专利的过程,脉冲的时间行程可以直接返回到不受温度影响的石英振荡器。

    在脉冲时间行程方法中,测量系统以固定的带宽发射出某一固定频率(即载波频率)的脉冲,在介质表面反射后由接收器接收。脉冲的时间行程Δt决定了由测量系统至介质表面的距离D为

　　D=Δ_tC/2                 (1)

式中　C———电磁波传播的速度,即光速。

    通过采用相位估计技术,可将测量误差降低一个数量级,达到毫米级的测量精度。

    在时间行程测量中,只要由石英晶体控制的载波脉冲发射频率稳定,就可以保证测量的稳定性。在脉冲雷达中,此石英晶体经过特殊筛选,在整个计量交接允许的温度范围内(-20 ~60℃)其频率变化不超过10×10^-6,完全可以满足高精度计量测量的要求,因此,脉冲雷达对温度稳定的要求不高。

    除此之外,脉冲雷达技术还有许多优点:

    采用FMCW方法的雷达在整个工作过程期间,约有一半的时间需向振荡系统供电,而脉冲雷达仅在1/400的工作时间内向振荡系统供电。因此毫米级脉冲雷达的功耗仅有320 mW。而用于防爆区域的本安型号更允许用户在现场打开外壳。

    另外,其标准的24 V电源可由DCS等提供,可为用户节约电缆开支。

    最后,脉冲雷达提供了最高级别的安全性。

    基于上述原因,世界著名的自动化仪表生产厂商Endress+Hauser公司推出了全球第一个1 mm精度的脉冲雷达———Micropilot S系列,包括FMR530/531/532/533四个型号,分别使用喇叭、杆式、平面及抛物面的天线。