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全新的导波雷达技术恰恰弥补了微波雷达的不足

2019-12-26 03:47

导波雷达物位计优势,采用了可发出高频率微波,沿着探杆传播,由于遇到被测介质,介电常数突变,引起反射。发射脉冲与反射脉冲的时间间隔与被测量介质的距离成正比。特殊的时间延伸方法可以确保极短时间内稳定和精确的测量。即使存在虚假反射的时候,zui新的微处理技术和软件也可以准确地分析出物位回波,仪表可以空仓调试。由于信号的聚焦效果非常好,料仓内的安装物或仓壁的粘附物都不会影响测量。

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1.概述

物位包括液位和料位两类,液位测量又包括液位信号器和连续液位测量两种。液位信号器测量是对几个固定位置的液位进行测量,用于液位的上下限报警等;连续液位测量是对液位变化的线性输出测量。

在科技日新月异的今天,物位测量技术已经从最初的重锤、投尺等传统的机械式测量方式发展为包含雷达、核辐射等高技术含量的测量技术,覆盖了工业生产中的绝大多数物位测量需求,核辐射技术因为其特殊性,应用范围有其局限性,在此不作赘述,而原先由军用雷达发展而来的雷达物位测量技术正日益成为物位测量的主流趋势。

液位测量广泛地应用于石油、化工、食品加工等诸多领域,具有非常重要的意义。在液位测量中,方法众多,但都有各自的特点和应用范围:

所谓的雷达测量技术包含两种:微波雷达以及导波雷达,其中微波雷达技术随着成本的降低和在诸多苛刻工况应用中的优异测量效果得到广大用户的认可,但这并不意味着微波雷达技术就是一种万能的测量技术,可以测量所有的介质;相对而言,全新的导波雷达技术恰恰弥补了微波雷达的不足之处。

1、接触式液位测量

2.雷达技术比较及导波雷达的原理

接触式测量是从钢带浮子液位计为开端,逐渐演化并形成多种多样不同机械及电气原理的测量方式,如导波雷达、磁致伸缩、伺服式、音叉和光电式等等。

顾名思义,微波雷达物位计指通过空间发射、传播和接收电磁微波的物位测量仪表,导波雷达则是通过某一种形式的波导体来传导、发射和接收电磁微波的、物位测量仪表。

钢带浮子式

微波雷达仪表测量物位具有以下优点:

全新的导波雷达技术恰恰弥补了微波雷达的不足之处澳门新濠新天地3559,引起反射。最早期的液位计,浮子受浮力浮在介质表面,通过变速齿轮到有刻度的钢带上读出液位值,液位上升或下降破坏了力平衡后,浮子也跟随上升下降,带动钢带运行。安装复杂,可靠性较低,由于机械部件多,很容易发生钢带卡死不动的情况,现今都面临着更新换代。

1、不与介质接触;

导波雷达液位计

2、高频电磁波信号易于长距离传送,可测大量程;

工业中常用的一种液位测量仪表,是依据时域反射原理(TDR)为基础,雷达液位计的电磁脉冲以光速沿钢缆或探棒传播,当遇到被测介质表面时,雷达液位计的部分脉冲被反射形成回波并沿相同路径返回到脉冲发射装置,发射装置与被测介质表面的距离同脉冲在其间的传播时间成正比,经计算得出液位高度。

3、不受空间气相条件变化的影响

磁致伸缩型

微波雷达通过发射和接收高频级电磁波,计算电磁波达到物位表面并反射回到接收天线的时间来进行物位测量,而电磁能量的传送不易受到传播空间性质的局限性,它可以在高/低压或具有汽化介质的条件下传播,并且气体的波动亦不影响电磁波的传播。

探棒上端电子部件产生低压电流脉冲,开始计时,产生磁场沿磁致伸缩线向下传播,浮子随着液位变化沿测量竿上下移动,浮子内有磁铁,也产生磁场,两个磁场相遇,磁致伸缩线扭曲形成扭应力波脉冲,脉冲速度已知,计算脉冲传播时间即对应液位精确变化。

普通微波雷达物位测量仪表天线的辐射能约为1mW,是一种微弱的信号,当这种信号在空气中传播时,能量衰减较快,当微波信号到达物位表面并反射时,信号强度也就是振幅,与介质的介电常数有直接关系,介电常数非常低的非导电类介质,如烃类液体,反射回来的信号非常弱,这种被削弱的信号在返回至安装于罐顶部的接收天线的途中,能量又进一步衰减,微波雷达物位计接收到的返回信号能量大致只有发出信号能量的1%!当用于上述条件介质,接触式微波雷达物位仪表的性能指标会有所降低甚至无法正常使用。

磁致伸缩液位精度较高,可测油水分界面但由于其接触的测量方式和较高的安装、维护要求导致市场普及不广。

为了弥补接触式雷达物位计的这些不足之处,导波雷达物位仪表应运而生,导波雷达的工作原理与前述雷达非常相似,GWR的基础是电磁波的时域反射性TDR和ETS等时采样原理。多年来TDR一直被用于检测发现埋地电缆和墙内埋设电缆的断头。

静压式液位计

测电缆断头时,TDR发生器发出的电磁脉冲信号沿电缆传播,到达断头处就会产生测量反射脉冲;同时,在接收器中预先设定的与电缆总长度相应的阻抗变化也引发出一个基准脉冲,将反射脉冲与基准脉冲相比较,可精确定位断头的位置。将该原理用于物位测量时,TDR发生器每秒中产生数十万个能量脉冲沿波导体传导,当到达介质表面时,产生一个物位反射原始脉冲;与此同时在探头的顶部预设一个定值阻抗,用以产生一个可靠的基准脉冲,该脉冲又称为基线反射脉冲。雷达物位计检查到物位反射原始脉冲,并与基线反射脉冲相比较,从而得到物位测量的数值,这就是导波雷达物位仪表的工作过程。

静压式液位计比较特殊,其利用均匀液体的压强与高度成正比的关系通过测量液体底部的压力来折算液位高度。 P=ρgh (P 压强)由于其受介质密度和温度影响很大,所以常常精度比较差,而为消除这些影响,需要很多其他测试仪表。

ETS等时采样原理用于测量高速、低功率的电磁信号,是基于TDR的液位测量技术应用的关键。众所周知,高速的电磁信号短距离的测量是很困难的,ETS实时捕捉电磁信号,并且在等值的时间里重新构造它们,以利于更好使用先进的技术测量。

其主要以投入式应用于工业现场,并由线缆将信号引出,主要针对一些深水测量系统,例如水电站,河流大坝,港口深水测量等。

物位测量技术发展到今日,已出现许多种成熟可靠的物位测量仪表,以其不同的性能和特定的适用范围在不同条件的液位测量中发挥着重要的作用:压力/压差测量液位法;射频导纳/电容液位计;超声波液位计和浮筒液位计等都已在工业上有了数十年的成功使用经验,但导波雷达液位计以其具有明显的使用优点及性能更加引起大家的关注:

伺服式液位计

1)能耗低。GWR输出到波导探头的信号能量小,约为非接触式雷达发射能量的10%。这是因为波导体为信号至介质表面传播提供一条快捷高效的通道,信号的衰减保持在最小程度。

基本原理同钢带式液位计,但具有精确的力传感器以及伺服系统,形成闭环调节系统,通过考虑钢带自身重力,精确地调节浮子高度以达到平衡浮力和重力,得到精确的当前液面到罐顶高度,以得到液位值。

2)能量强。由于信号在波导体中传输不受液面波动和储罐中的障碍物等的影响,因而仪表所接收到的返回信号能量相应较强,约为所发射能量的20%。

使用于平静的轻质无腐蚀性液体。安装调试比较麻烦,同样有接触式液位计的各种不利因素价格高昂。

3)范围广。基于上一特性,对于低介电常数的介质导波雷达拥有令人满意的表现,以西门子LG200产品为例,其可测的最低介电常数竟为1.4!

音叉液位开关

4)介电常数的变化对测量性能无影响。信号自烃类液体表面或水反射的时间一样,不同的只是信号幅度的差别,微波雷达需考虑介质进而经过筛选才可得到准确测量值,假定接收信号强度改变,信号的筛选就会受到影响;导波雷达由于能量集中可避开诸多干扰则无此顾虑。

一种采用音叉原理设计的液点液位开关工具,其开关的工作原理是通过压电晶体的谐振来引起其振动的。当受到物料阻尼作用时,振幅急剧降低且频率和相位发生明显变化,这些变化会被内部电子电路检测到,经过处理后,转换成开关信号输出。该产品可以对料罐的高低位进行监测、控制和报警,适用于各种液体、粉末、颗粒状固体。它实用简单、运行可靠、适应性强基本上是免维护的。

5)密度的变化对测量无影响。介质密度的变化影响浸没于介质中物体所受到的浮力,但不影响电磁波在波导体中的传播。

光电液位开关

澳门新濠新天地3559,6)介质在探杆/缆上的挂料对物位测量的影响极小。挂料有两种:膜状和搭桥,膜状挂料是在料位下降时,高黏度介质在探头上形成的一层覆盖,这种挂料在探杆上分布均匀,因此对测量基本无影响;但搭桥挂料的形成却能导致明显的测量误差,因此在选用双杆/缆式导体时,需要谨慎小心,充分考虑到介质的黏度!

光电液位开关使用红外线探测,利用光线的折射及反射原理,光线在两种不同介质的分界面将产生反射或折射现象。当被测液体处于高位时则被测液体与光电开关形成一种分界面,当被测液体处于低位时,则空气与光电开关形成另一种分界面,这两种分界面使光电开关内部光接收晶体所接收的的反射光强度不同,即对应两种不同的开关状态。

3.西门子导波雷达物位计介绍及其应用

2、非接触式液位测量

西门子公司作为世界上知名的自动化电气设备供应厂商,在现场测量仪表领域也位居前列!尤其是在原加拿大妙声力仪表公司于2000年并入西门子之后,西门子过程仪表更是在物位测量领域处于领先位置!

非接触式测量通常采用发射能被所测介质反射的波的形式进行测量,利用已知的波传播速度,通过直接或间接测量波的传播时间来得到液面与测量仪表间的距离,进而得到液位值。根据发射波种类有超声波液位计和电磁波雷达液位计。

2007年,西门子公司秉承全集成自动化的理念,隆重推出了全新的导波雷达物位计SITRANSLG200,它是一种用于液体和固体的中短量程物位,物位/界面和体积测量的导波雷达物位计。它不受过程条件改变,高温和高压,蒸汽的影响。具有:

超声波液位计

1)多达16种形式的测量探杆/缆;

超声波液位计是由微处理器控制的数字液位仪表。

2)精度为2.5mm;

在测量中超声波脉冲由传感器(换能器)发出,声波经液体表面反射后被同一传感器接收或超声波接收器,通过压电晶体或磁致伸缩器件转换成电信号,并由声波的发射和接收之间的时间来计算传感器到被测液体表面的距离。 由于采用非接触的测量,被测介质几乎不受限制,可广泛用于各种液体和固体物料高度的测量。

3)低至1.4的介电常数

3)高达427°C温度和431Bar压力;

4)手动按键以及SIMATICPDM两种方式设置参数。

该产品问市不久即在众人瞩目的首钢京唐项目中一举中标!首钢京唐钢铁联合有限责任公司由首钢总公司联合唐山钢铁集团有限责任公司共同发起,新厂址曹妃甸地处塘沽新港及秦皇岛港之间,拥有渤海湾唯一的天然深水航道。曹妃甸水、电和交通等配套设施齐全,随着2007年底首钢北京地区钢产量压缩为400万吨,曹妃甸新首钢将建成投产。项目建设的主要规模为:原料场、球团系统、烧结系统、焦化系统、炼铁/钢系统、冷轧系统、热轧系统、供发电系统、供水系统等配套公辅设施,建设规模为980万t/a。产品目标是热轧、冷轧、镀锌、冷轧硅钢等高端板材产品,其中以高强度、超深冲的汽车板、高强度管线钢和结构钢为产品标志,主要满足汽车、机电、家电、建筑及结构、机械等行业对高质量板材品种的需求。

在首钢京唐的项目中,西门子公司的导波雷达物位计SITRANSLG200主要用于现场的水封槽、冷凝槽的液位测量,在安装施工阶段,他们还派出了专业的技术人员进行技术指导,这款产品简便的参数设置易于操作,便捷的安装方式得到了我们项目现场使用人员的认可,自今年4月份安装至今西门子公司的产品LG200表现稳定可靠!

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