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雷達(dá)料位計(jì)的原理及應(yīng)用 |
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雷達(dá)波是一種特殊形式的電磁波，雷達(dá)料位計(jì)利用了電竹炭竹纖維磁波的特殊性能來進(jìn)行料位檢測。電磁波的物理特性與可見光相似，傳播速度相當(dāng)于光速。其頻率為300MHz-3000GHz。電磁波可以穿透空間蒸汽、粉塵等干擾源，遇到障礙物易于被反射，被測介質(zhì)導(dǎo)電性越好或介電常數(shù)越大，回波信號的反射效果越好。
雷達(dá)波的頻率越高，發(fā)射角越小，單位面積上能量（磁通量或場強(qiáng)）越大，波的衰減越小，雷達(dá)料位計(jì)的測量效果越好。
１.雷達(dá)料位計(jì)的基本原理
雷達(dá)式料位計(jì)組成：它主要由發(fā)射和接收裝置、信號處理器、天線、操作面板、顯示、故障報(bào)警等幾部分組成。
發(fā)射－反射－接收是雷達(dá)式料位計(jì)工作的基本原理。雷達(dá)傳感器的天線以波束的形式發(fā)射最小5.8GHz的雷達(dá)信號。反射回來的信號仍由天線接收，雷達(dá)脈沖信號從發(fā)射到接收的運(yùn)行時(shí)間與傳感器到介質(zhì)表面的距離以及物位成比例。
即：h= H–vt/2
式中 h為料位；H為槽高； v為雷達(dá)波速度；t為雷達(dá)波發(fā)射到接收的間隔時(shí)間；
２.雷達(dá)料位計(jì)測量料位的先進(jìn)技術(shù)：
(１)回波處理新技術(shù)的應(yīng)用
從雷達(dá)料位計(jì)的測量原理可以知道，雷達(dá)料位計(jì)是通過處理雷達(dá)波從探頭發(fā)射到介質(zhì)表面然后返回到探頭的時(shí)間來測量料位的，在反射信號中混合有許多干擾信號，所以，對真實(shí)回波的處理和對各種虛假回波的識別技術(shù)就成為雷達(dá)料位計(jì)能夠準(zhǔn)確測量的關(guān)鍵因素。
(２)測量數(shù)據(jù)處理：
由于液面波動(dòng)和隨機(jī)噪聲等因素的影響，檢測信號中必然混有大量噪聲。為了提高檢測的準(zhǔn)確度，必須對檢測信號進(jìn)行處理，盡可能消除噪聲。
經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，采用數(shù)據(jù)平滑方法可以達(dá)到滿意的效果。此方法也可有效的克服罐內(nèi)攪拌器對測量的影響。
(３)雷達(dá)料位計(jì)的特點(diǎn)：
由于雷達(dá)料位計(jì)采用了上述先進(jìn)的回波處理和數(shù)據(jù)處理技術(shù)，加上雷達(dá)波本身頻率高，穿透性能好的特點(diǎn)，所以，雷達(dá)料位計(jì)具有比接觸式料位計(jì)和同類非接觸料位計(jì)更加優(yōu)良的性能。
①可在惡劣條件下連續(xù)準(zhǔn)確地測量。
②操作簡單，調(diào)試方便。
③準(zhǔn)確安全且節(jié)省能源。
④無需維修且可靠性強(qiáng)。
⑤幾乎可以測量所有介質(zhì)。
三、安裝應(yīng)注意的問題
（１）當(dāng)測量液態(tài)物料時(shí)，傳感器的軸線和介質(zhì)表面保持垂直；當(dāng)測量固態(tài)物料時(shí)，由于固體介質(zhì)會有一個(gè)堆角，傳感器要傾斜一定的角度。
（２）盡量避免在發(fā)射角內(nèi)有造成假反射的裝置。特別要避免在距離天線最近的1/3錐形發(fā)射區(qū)內(nèi)有障礙裝置（因?yàn)檎系K裝置越近，虛假反射信號越強(qiáng)）。若實(shí)在避免不了，建議用一個(gè)折射板將過強(qiáng)的虛假反射信號折射走。這樣可以減小假回波的能量密度，使傳感器較容易地將虛假信號濾出。
（３）要避開進(jìn)料口，以免產(chǎn)生虛假反射。
（４）傳感器不要安裝在拱形罐的中心處（否則傳感器收到的虛假回波會增強(qiáng)），也不能距離罐壁很近安裝，最佳安裝位置在容器半徑的１／２處。
（５）要避免安裝在有很強(qiáng)渦流的地方。如：由于攪拌或很強(qiáng)的化學(xué)反應(yīng)等，建議采用導(dǎo)波管或旁通管測量。
（６）若傳感器安裝在接管上，天線必須從接管伸出來。喇叭口天線伸出接管至少１０mm。棒式天線接管長度最大100或250mm。接管直徑最小250mm�？梢圆扇〖哟蠼庸苤睆降姆椒ǎ詼p少由于接管產(chǎn)生的干擾回波。
（７）關(guān)于導(dǎo)波管天線：導(dǎo)波管內(nèi)壁一定要光滑，下面開口的導(dǎo)波管必須達(dá)到需要的最低液位，這樣才能在管道中進(jìn)行測量。傳感器的類型牌要對準(zhǔn)導(dǎo)波管開孔的軸線。若被測介電常數(shù)小于４，需在導(dǎo)波管末端安裝反射板，或?qū)?dǎo)波管末端彎成一個(gè)彎度，將容器底的反射回波折射走。
四、應(yīng)用中存在的問題及解決方法
有些工況下所使用的雷達(dá)料位計(jì)，因?yàn)閭鞲衅靼惭b位置不當(dāng)及條件所致，出現(xiàn)了一些問題，下面將對一些使用中的問題提出解決方案,供大家參考。
1．探頭結(jié)疤和頻繁故障的解決方法
第一個(gè)辦法是將探頭安裝位置提高，但是有時(shí)候安裝條件限制，不能提高的情況下，就應(yīng)采用將料位測量值與該槽的泵聯(lián)鎖的辦法，解決這一難題：將最高料位設(shè)定值減小0.5m左右，當(dāng)料位達(dá)到該最高值時(shí)，即可停進(jìn)料泵或開啟出料泵。
2．雷達(dá)料位計(jì)被淹相應(yīng)的改進(jìn)辦法
解決這種問題的辦法是將雷達(dá)料位計(jì)改為導(dǎo)波管式測量。仍在原開孔處安裝導(dǎo)波管式雷達(dá)料位計(jì)，導(dǎo)波管高于排汽管0.2m左右， 這樣一來，即使出現(xiàn)料漿從排汽管溢出的惡劣工況，也不會使料位計(jì)天線被料漿淹沒，而且避免了攪拌器渦流的干擾及大量蒸汽從探頭處冒出，減少了對探頭的損害，同時(shí)由于導(dǎo)波管聚焦效果好，接收的雷達(dá)波信號更強(qiáng)，取得了很好的測量效果。使用導(dǎo)波管測量方式，可以改善表計(jì)測量條件，提高儀表測量性能,具有很高的推廣應(yīng)用價(jià)值。
3．關(guān)于泡沫對測量的影響：
干泡沫和濕泡沫能將雷達(dá)波反射回來，對測量無影響；中性泡沫則會吸收和擴(kuò)散雷達(dá)波，因而嚴(yán)重影響回波的反射甚至沒有回波。當(dāng)介質(zhì)表面為稠而厚的泡沫時(shí)，測量誤差較大或無法測量，在這種工況下，雷達(dá)料位計(jì)不具有優(yōu)勢，這是其應(yīng)用的局限性。
4．對于天線結(jié)疤的處理：
介電常數(shù)很小的掛料在干燥狀態(tài)下對測量無影響，而介電常數(shù)很高的掛料則對測量有影響。可用壓縮空氣吹掃（或清水沖洗），且冷卻的壓縮空氣可降低法蘭和電器元件的溫度。還可用酸性清洗液清洗堿性結(jié)疤，但在清洗期間不能進(jìn)行料位測量。
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