隨著檢測(cè)手段的提高，檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，新的物位檢測(cè)方式不斷涌現(xiàn)。以核輻射物位計(jì)、微波物位計(jì)、激光物位計(jì)為代表的物位測(cè)量?jī)x表進(jìn)入市場(chǎng)，多數(shù)應(yīng)用到環(huán)境惡劣、高溫高壓等情況下的物位檢測(cè)。而微波物位計(jì)（也稱雷達(dá)物位計(jì)）由于測(cè)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(cè)量方式，使安裝使用簡(jiǎn)易方便，其較高的可靠性已成為了石油及石化系統(tǒng)儲(chǔ)運(yùn)罐區(qū)液位過程監(jiān)測(cè)的首選儀表。
1、雷達(dá)物位計(jì)工作原理
雷達(dá)物位計(jì)利用回波測(cè)距原理，其喇叭狀或桿狀天線向被測(cè)物料面發(fā)射微波，微波傳播到不同相對(duì)介電率的物料表面時(shí)會(huì)產(chǎn)生反射，并被天線所接收。發(fā)射波與接收波的時(shí)間差與物料面與天線的距離成正比，測(cè)出傳播時(shí)間即可得知距離。雷達(dá)物位計(jì)按使用微波的波形可分為調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)物位計(jì)和脈沖波雷達(dá)物位計(jì)。
① 調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)物位計(jì)原理
調(diào)頻連續(xù)波物位雷達(dá)采用FMCW(頻率調(diào)制/連續(xù)波)體制，安裝在罐頂物位計(jì)通過天線向物面發(fā)射經(jīng)頻率調(diào)制的電磁波信號(hào)，被測(cè)表面返回的信號(hào)被發(fā)射天線接收，并與天線發(fā)射的瞬時(shí)頻率信號(hào)比較。由于信號(hào)的頻率按照一定規(guī)律不斷變化，因此比較信號(hào)頻率與天線到物面的直線距離成比例。綜合測(cè)量信號(hào)與油罐形狀參數(shù)，進(jìn)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(chǎn)品，測(cè)量精度可以達(dá)0.1%FS，甚至更高。
② 脈沖波雷達(dá)物位計(jì)原理
雷達(dá)物位計(jì)天線發(fā)射極窄的微波脈沖(例如：26G頻率雷達(dá)，即：發(fā)送一個(gè)△t時(shí)間(一般為1ns)的脈沖，疊加26GHZ的正弦波信號(hào))，這個(gè)脈沖以光速在空間傳播，碰到被測(cè)介質(zhì)表面，其部分能量被反射回來，被同一天線接收。發(fā)射脈沖與接收脈沖的時(shí)間間隔與天線到被測(cè)介質(zhì)表面的距離成正比。由于其發(fā)射脈沖與接收脈沖的時(shí)間間隔非常小，一般都采用時(shí)間拓展技術(shù)，并采用多次測(cè)量求平均的方法獲得最終結(jié)果。這種測(cè)量技術(shù)決定了其精度為0.2%-0.3%。
2、雷達(dá)物位計(jì)的應(yīng)用領(lǐng)域
雷達(dá)物位計(jì)具備非接觸、低保護(hù)、不掛料、抗粘貼、高性能、高可靠性，運(yùn)用生存的年限長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)，在與電容、重錘等接觸式儀表對(duì)比，具備無可比擬的優(yōu)良性。由于微波是電磁波，以光速傳播且不受介質(zhì)特性影響，所以在一些有溫度、壓力、蒸汽等場(chǎng)合，超聲波物位計(jì)不能正常工作，而雷達(dá)物位計(jì)可以使用。即使極限溫度、極限壓力、強(qiáng)腐蝕介質(zhì)、易揮發(fā)介質(zhì)、帶攪拌渦流、結(jié)垢掛料及高度飛塵粉塵等工況下也能可靠測(cè)量。
雷達(dá)物位計(jì)應(yīng)用領(lǐng)域
① 化工與石化儲(chǔ)存容器及工藝儲(chǔ)罐；
② 制藥業(yè)反應(yīng)器；
③ 食品與飲料制造業(yè)；
④ 煉油工藝容器；
⑤ 水及污水處理；
⑥ 水電力發(fā)電及水壩；
⑦ 水泥、粉末、木片屑及其它固料測(cè)量應(yīng)用。
3、雷達(dá)物位計(jì)的選型和安裝使用
3.1 雷達(dá)物位計(jì)選型注意事項(xiàng)
① 接收天線掛料問題蒸汽帶料和大多數(shù)料漿都具備很強(qiáng)的粘貼性，雷達(dá)物位計(jì)會(huì)碰到接收天線掛料的問題。掛料對(duì)介電常數(shù)小的介質(zhì)沒有影響，對(duì)介電常數(shù)大的介質(zhì)會(huì)有影響。在接收天線近旁引入高壓風(fēng)對(duì)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(tài)料位的檢測(cè)固態(tài)料面不平整，反射信號(hào)復(fù)雜，尤其是氣動(dòng)輸送的粉狀料位。固然理論上粉塵對(duì)雷達(dá)物位計(jì)沒有影響，但數(shù)量較多的粉塵也能萌生散射，影響回波。這里可選用導(dǎo)波雷達(dá)物位計(jì)解決這一問題，導(dǎo)波雷達(dá)物位計(jì)已成功應(yīng)用在成品倉的料位檢測(cè)中。但導(dǎo)波雷達(dá)的導(dǎo)波纜索又容易被結(jié)實(shí)又硬的物料毀壞，在石灰?guī)r倉料位檢測(cè)中就碰到這樣的問題，可選用昌暉儀表制造有限公司的高頻雷達(dá)物位計(jì)，因?yàn)槠浒l(fā)射角小，回波信號(hào)好，抗干擾性能大大增長(zhǎng)，固態(tài)甚至于氣動(dòng)輸送的粉料也能獲得正確檢測(cè)。
③ 帶有蒸汽的物位檢測(cè)實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常碰到蒸汽非常大的物位檢測(cè)，如雷達(dá)物位計(jì)開始時(shí)監(jiān)測(cè)正常，運(yùn)行一段時(shí)間后會(huì)出現(xiàn)指示失真（失波）現(xiàn)象，查找不出任何問題，拆卸檢查重新安裝后又恢復(fù)正常。理論上說蒸汽對(duì)雷達(dá)物位計(jì)不會(huì)有什么干擾，這正是它的長(zhǎng)處。但通過分析認(rèn)為形成干擾的并不是蒸汽，而是凝結(jié)在發(fā)射接收天線上的蒸汽冷凝水。這時(shí)在選型時(shí)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(dá)物位計(jì)的安裝使用
① 雷達(dá)物位計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)安裝
標(biāo)記應(yīng)指向罐壁，安裝標(biāo)記應(yīng)位于法蘭的2個(gè)螺釘孔的正當(dāng)半中腰；法蘭的定位方向，為了準(zhǔn)確認(rèn)位，在法蘭或螺絲扣上均有標(biāo)記。
在安裝時(shí)，此標(biāo)記務(wù)必合乎：
a、法蘭的指使標(biāo)記應(yīng)指向罐壁或罐的核心；
b、如運(yùn)用導(dǎo)波管安裝，法蘭標(biāo)記應(yīng)指向開孔的一側(cè)；
c、如運(yùn)用旁通管安裝，法蘭標(biāo)記應(yīng)與指向連通管的一側(cè)。
智能雷達(dá)物位計(jì)在運(yùn)用過程中，回波信號(hào)的幅度表清楚安裝位置是否最佳，在固體料應(yīng)用場(chǎng)合假如回波信號(hào)幅度較低可轉(zhuǎn)動(dòng)法蘭，每每轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)孔位使干擾回波達(dá)到最小。
另外還可以經(jīng)過虛假回波儲(chǔ)存，達(dá)到最好檢測(cè)效果。具體操作步驟如下：
a、在敞開儲(chǔ)罐的過程連接之前，務(wù)必明確罐內(nèi)無壓力，并無有害媒介。
b、應(yīng)明確器皿內(nèi)空罐或料位剛好遮蓋罐底的狀況下實(shí)施定位調(diào)試，料位較少的情況下也可進(jìn)行定位調(diào)試；可經(jīng)過虛假回波儲(chǔ)存，對(duì)雷達(dá)物位計(jì)回波信號(hào)進(jìn)行優(yōu)化。
c、將法蘭標(biāo)記轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)孔位，或?qū)⒙萁z扣轉(zhuǎn)動(dòng)1/8圈，注意回振幅度，接著旋轉(zhuǎn)法蘭或螺絲扣，一直到轉(zhuǎn)動(dòng)一圈截止，在回波信號(hào)最佳位置定位。
d、在最優(yōu)位置固定好法蘭或擰緊螺絲扣，若有不可缺少，改易嚴(yán)密封閉圈。
② 安裝注意事項(xiàng)
a、天線平行于測(cè)量槽壁，利于微波的傳播。
b、安裝位置距槽壁距離應(yīng)＞30cm，以免將槽壁上的虛假信號(hào)誤做回波信號(hào)。
c、盡量避開下料區(qū)、攪拌器等干擾源，使波束范圍內(nèi)無固定物，提高信號(hào)的可信度。
d、接管直徑應(yīng)≤屏蔽管長(zhǎng)度（100mm或250mm）。
4、雷達(dá)物位計(jì)在測(cè)量時(shí)常見問題及處理方法
如今雷達(dá)物位計(jì)已成為一種常用的測(cè)量工具，這是由于它具有測(cè)量精度高、不接觸介質(zhì)、維護(hù)方便、安裝簡(jiǎn)單等優(yōu)良的性能特征，因此也越來越多地應(yīng)用于：
① 物面波動(dòng)劇烈的動(dòng)態(tài)罐介質(zhì)的物位；
② 溫度高，壓力高介質(zhì)的物位；
③ 罐內(nèi)高粘度介質(zhì)（如瀝青，原油等）的物位；
④ 有毒、有害、易揮發(fā)的不穩(wěn)定介質(zhì)的物位。
但雷達(dá)物位計(jì)在測(cè)量以上介質(zhì)物位時(shí)會(huì)遇到精度不準(zhǔn)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(dá)物位計(jì)接收反射波能的數(shù)量依賴于被測(cè)介質(zhì)的反射特性，反射率取決于被測(cè)介質(zhì)的傳導(dǎo)率和介電常數(shù)兩特性，介電常數(shù)低，傳導(dǎo)率低的液體反射信號(hào)弱，信號(hào)衰減嚴(yán)重，因此，雷達(dá)物位計(jì)測(cè)量物位時(shí)，一定要考慮發(fā)射電磁波信號(hào)源的功率強(qiáng)弱。
② 被測(cè)介質(zhì)的液位波動(dòng)或泡沫散射會(huì)引起信號(hào)減弱，因此要提高信號(hào)源的功率或加導(dǎo)波管。
③ 被測(cè)介質(zhì)的罐內(nèi)有障礙物時(shí)，會(huì)產(chǎn)生虛假信號(hào)，影響雷達(dá)物位計(jì)的正常工作，為此要采用功能強(qiáng)的微處理器進(jìn)行復(fù)雜的信號(hào)處理。同時(shí)，在安裝時(shí)盡量避免罐內(nèi)的障礙物。
④ 雷達(dá)物位計(jì)的安裝應(yīng)盡量使天線發(fā)射的電磁波垂直于被測(cè)介質(zhì)的液面，同時(shí)要使天線盡可能多接收到液面反射波。
⑤ 雷達(dá)物位計(jì)在測(cè)量罐頂時(shí)，應(yīng)使液面與天線保持一段距離，這是為了防止被測(cè)介質(zhì)對(duì)天線會(huì)有腐蝕性。同時(shí)在測(cè)量罐底液位時(shí)，發(fā)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?；蛘弋?dāng)罐底為凹形或錐形時(shí)，當(dāng)液面低于此點(diǎn)時(shí)，雷達(dá)物位計(jì)也無法測(cè)量。所以在信號(hào)處理的問題上，要注意限值的選定。
⑥ 雷達(dá)物位計(jì)在不同的工況中應(yīng)選擇不同形狀的天線。為避免罐壁、罐內(nèi)干擾物產(chǎn)生干擾，建議選用導(dǎo)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(jié)晶，尤其在冬季環(huán)境溫度低時(shí)易發(fā)生。
處理方法：去除結(jié)晶，用酸性清洗液清洗；采用合適的伴熱或吹掃氣吹掃延長(zhǎng)結(jié)晶時(shí)間。
b、干擾大，產(chǎn)生假液（物）位。
處理方法：改變介電常數(shù)設(shè)置，減少干擾回波；加強(qiáng)屏蔽處理及接地，減少干擾源的存在。
c、雷達(dá)液位計(jì)的空高值雖然是一個(gè)測(cè)量固定值，但如果原輸入的數(shù)據(jù)測(cè)量有誤也會(huì)造成最終DCS系統(tǒng)界面顯示不準(zhǔn)。如果條件允許，建議對(duì)罐體進(jìn)行1次雷達(dá)空高值的準(zhǔn)確測(cè)定。
雷達(dá)物位計(jì)作為一種應(yīng)用廣泛的物位檢測(cè)儀表，有眾多長(zhǎng)處?？v然背景溫度、壓力變動(dòng)非常大，有惰性氣體及揮發(fā)存在，雷達(dá)物位計(jì)也能夠應(yīng)用。雷達(dá)物位計(jì)波束能量較低，對(duì)人體不會(huì)導(dǎo)致?lián)p害。但雷達(dá)物位計(jì)也存在一定限制性。主要表現(xiàn)在介電常數(shù)對(duì)雷達(dá)的影響上。盡管雷達(dá)在真空中衰減極小，但在空氣中卻會(huì)遭受影響。特別是當(dāng)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(huì)對(duì)雷達(dá)導(dǎo)致一定程度衰減，影響監(jiān)測(cè)效果。
作者簡(jiǎn)介：高紅博，工程師，在陜西延長(zhǎng)石油安源化工有限公司從事儀表及自動(dòng)化、機(jī)電設(shè)備管理工作。
