PWRD83-EAFDDFGWAP5XLNV雷达液位计工厂

　　PWRD83-EAFDDFGWAP5XLNV雷达液位计工厂

　　液体储罐的高精度监测方案

　　相比超声波仪表，雷达料位计不受蒸汽、真空或压力（10MPa）影响。某原油储罐应用显示，26GHz雷达在ε=2.1介质中保持±3mm精度。两线制设计功耗<4mA，满足本安防爆要求（Ex ia IIC T6）。最新智能算法通过多点平均抑制液面波动，使动态误差降低80%。导波雷达（GWR）利用探杆穿透泡沫层，真实液位检出率>99%，特别适用于发酵罐等复杂工况。

　　1、液位传感器测量原理

　　导波雷达液位传感器利用时差实现液位测量，运用TDR(时域反射)原理，通过探头反射波和液位反射波之间的时间差来测量液位。

　　导波雷达液位传感器采用发射-反射-接收的方式，首先发射一个高频电磁波，电磁波会沿同轴线缆传播到法兰处，产生一个回波(顶部回波);然后电磁波继续沿导波杆传播，当电磁波碰到液面后，由于介电常数发生突变，会产生另一个回波(物位回波)，两个反射波都被设备接收。通过检测出的两个回波的时间差，即可计算出液面高度。

　　顶部回波和物位回波的时间差一般在10ns以内，若通过直接测量时间差来计算液位，则达到毫米级别的精度所需的时间测量精度以及采样、处理的速度要达到皮秒量级。数字计数或实时采样等传统时间测量方式很难达到如此高的要求，为此采用等效时间采样的方法。

　　等效时间采样是指对频率很高的周期性或者准周期性被采样信号，以较慢的采样频率捕获被采样信号的样本，然后按照一定规律重新组合，得到与原信号相似的波形，从而实现通过较低的实时采样速率获得较高的等效采样速率。对乏燃料池的液位来说，毫秒级别内的液位变化是很小的，所以可以将乏燃料池的液位回波信号看为准周期性重复信号，也就适用于等效时间采样法。

　　2、液位变送器工作原理

　　液位变送器的主要功能是产生雷达波，并对返回的雷达波进行分析处理，得到液位数据并将其变送为4~20mA信号。脉冲发射控制电路以440kHz左右的频率发射脉冲波，脉冲波通过同轴线缆向外传输，经过法兰和液面时，各返回一个回波。脉冲采样控制电路会按照等效时间采样原理，以每个周期加ΔT的间隔控制高速采样门的开启，实现对回波信号的采样，通过放大电路对信号进行放大，得到液位信息。液位信息经4~20mA变送模块转换为供电回路的电流值，此电流值与液位高度保持线性关系。LOOP供电处理模块负责为整个系统提供电能，整个系统耗电流低于3.5mA。

　　由以上描述可知，变送器的采样密度是由ΔT决定的，ΔT的时间长短和度直接决定了液位信息的分辨率和精度。因此，变送器的核心部件是脉冲发射、接收时间差校准模块，此模块的采样精度决定了液位测量回路的精度。

　　导波型雷达物位变送器发出的高频微波脉冲沿着探测组件（钢缆或钢棒）传播，遇到被测介质，由于介电常数突变，引起反射，一部分脉冲能量被反射回来。发射脉冲与反射脉冲的时间间隔与被测介质的距离成正比。

　　多种过程连接方式及探测组件的形式，导波型雷达物位变送器适于各种复杂工况及应用场合。如:石油、化工、电力治金、等高温度高压力、强腐蚀的酸碱或粘稠的、混浊的含有杂质及小介电常数介质等。

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　　0引言污水处理工程一般包含污水预处理系统、生化处理系统、污泥处理系统三部分。污水预处理系统主要由进水泵、粗细格栅、砂水分离器等构成;生化处理系统是污水处理的核心,一般含沉淀、絮凝、厌氧、缺氧、好氧等工艺流程;污泥处理系统由污泥浓缩池、污泥脱水机等组成,包括污泥匀质、浓缩、脱水、处置四道基本工序。涉及液位(差)、流量、压力、温度、浓度(含PH、溶解氧等)、浊度等多种工艺参数的测量。其中液位测量占很大比重,在各个工艺阶段几乎都有液位检测点。测量介质包含水和溶液两种。溶液是指用于改善污水水质的溶液如:酸、碱等,一般纯溶液于储罐中贮存,混合溶液存于带搅拌器的混凝土池内。毋庸多言,水作为污水处理的对象,对其液位的检测数量是多的。相对其它工艺流程,污水处理工程的水位测量有它自身的特点:1)测量介质一般是含泥沙、油污等多种无机、有机污染物的污水,大多存于室外敞口池中;2)生化处理系统使用气浮工艺的水面上多存在泡沫;3)调节池、浓缩池等都设有搅拌器。相对于其他种类的测量仪表,适合污水处理工程使用的液位仪类型众多。有接触和非接触测量两类,涉及包括差压式、浮力式、电学式、声学式等多种测量原理的液位计。这对仪表的选择提供了很大空间,同时也带来了合理选型的难度。本文以实际使用普遍,数量多的磁翻板液位计、投入式液位计、超声波液位计和雷达液位计为例,结合原理,总结实际工作中液位计选型、安装、使用和维护的经验。1磁翻板液位计1.1测量原理磁翻板液位计主要基于浮力和磁力原理。带有磁体的浮子(简称磁性浮子)在被测介质中的位置受浮力作用影响。液位的变化导致磁性浮子位置的变化、磁性浮子和磁翻柱(也称为磁翻板)的静磁力耦合作用导致磁翻柱翻转一定角度(磁翻柱表面涂敷不同的颜),进而反映容器内液位的情况。1.2优缺点及注意事项1)显示清晰、读数直观,方便现场监控。2)一般选用带远传功能的磁翻板液位计,不需多组液位计组合,即可同时实现现场和操作室监控,设备开孔少。

　　3)测量介质脏污时,易堵。根据介质情况,应定期清洗主导管,清除管内沉积杂质。建议配套排污阀方便检修。若测量介质含腐蚀性时,须选用耐腐蚀的产品。4)如图1示,通常情况下,工艺与仪表的设计、维护以法兰为界,因此,须注意液位计法兰与工艺接管法兰配对。另外,液位计根部阀V1、V2属工艺选型或由储罐配套。为液位计检修时,不影响生产,V1、V2选用产品,故在储罐设计或采购时,仪表须向工艺提出要求。1.3使用位置在污水处理工程中多选用侧装式的磁翻板液位计,常用于需现场和操作室两地监控的位置,如酸罐、碱罐、部分罐液位检测。2投入式液位计2.1测量原理基于所测液体静压与该液体高度成正比的原理,采用多晶硅、陶瓷或电容压力传感器,将静压转成电信号。一般由直接投入液体中的、用于放大、校正、补偿、结果显示的变送器和导气或连接电缆(传感器与连接)三部分组成。2.2优缺点及注意事项1)结构简单,价格较便宜。2)传感器直接投入被测液体内测量,因此不受介质起泡影响。3)由于传感器与变送器间为柔性连接,仪表贮存及运输方便,尤其在大量程的液位测量中,其优势更突出。安装方便,只需将传感器直接投入被测液体,即可实现测量。4)水流冲击、摩擦振动(尤其是与液位变化同方向的振动)等因素会改变投入式传感器在液体中的位置,进而影响测量值,所以好将液位计安装于水流相对平稳的地点。受现场条件制约,无法避免时,好将传感器置于隔离管中安装或选择其它种类的液位计。图2为加装隔离管的投入式液位计在某调节池中的应用示例,使用隔离管避免了因搅拌器工作引起的水流冲击,了测量的正确率。5)使用于水质过差的环境时,传感器套孔易被污泥堵塞,导致测量值失真,需酌情定期清洗维护。为减少套孔被污泥堵塞的概率,建议将其安装于离池底大于100mm的位置,并使用隔离管。6)使用寿命较短。使用一段时间后,易出现零点或量程漂移,现场校准有难度。2.3使用位置虽然投入式液位计存在使用寿命较短,传感器易堵等缺点,但由于它在价格和安装维护方面的优点,尤其是价格方面,一般仅千元左右,相对于后文提到的超声波、雷达液位计一般需万元左右,有较大优势,目前仍是污水处理工程测量敞口容器液位使用较多的液位计之一。在上清液集水池、清水池、滤池等水质相对较好的工艺流程中使用时,寿命较长,几乎免维护。可以使用在水质差的环境中,但不适合池底淤泥层过厚的池内使用。加装隔离管后可应用于部分带搅拌器的调节池、浓缩池等。

　　3超声波液位计3.1测量原理超声波液位计是利用回波测距原理的非接触式仪表。回波测距原理又称行程时间或传播时间(TOF,Time ofFlight)测量原理。它是通过一个可以发射能量波(一般为脉冲信号)的装置发射能量波,能量波遇到障碍物反射,由一个接收装置接收反射信号。根据测量能量波运动过程的时间差来确定物位变化情况。由电子装置对能量波信号进行处理,转化成与物位相关的电信号。利用超声波作为能量波的液位计即是超声波液位计。其测量原理如图3示。液位高度计算公式如下:

　　其中,C为超声波在空气中的传播速度;t为超声波由液位计到水面往返一次的时间。由公式可见,液位高度受超声波传播速度的影响。而超声波是利用气体(大多数情况下是空气)作为传播介质,空气的压力(真空度)、温度、湿度、气流等变化会改变超声波传播速度。例如,超声波速度与温度的近似公式为:C= C0+ 0.607× T式中,C0为零度时的声波速度332m/s;T为实际温度(℃)。可见,温度变化会产生液位测量误差。超声波液位计的超声放射及接收装置均安装于同一探头中,这就决定了只能在发射引起的传感器余振基本消失后,接收装置才能检测反射回波。另外,超声发射是以脉冲方式进行,而脉冲具有一定的时间宽度,因此,在超声发射到余振基本消失的这段时间t'内,液位计不能正常工作,这段时间对应的液位

　　B称为盲区,如图3示,被测的高液位如进入盲区,仪表将不能正确检测。盲区大小取决于发射装置的功率。一般而言,发射装置功率越大,发射频率就越低,余振衰减时间越长,盲区也就越大。3.2优缺点及注意事项1)具有工作、精度高、使用周期长、免维护的特点,并具有相对的价格优势。2)在污水处理工程中,多可选用一体式液位计,安装简便。3)回波反射产生的干扰回波和假回波,可通过软件来排除,但有效回波强度也同时被衰减。因此,设计选型时,要考虑衰减因素,选择量程要留有一定的余量。4)为了尽量减少干扰回波,安装位置要尽可能选择液面平稳的位置,同时远离扶梯、检修通道、进水口、出水口、搅拌器,尽可能与池壁保持较远的距离。在探头规定的波束发射角下,锥形波束在测量液面上的投影,不与容器壁及其它能反射声波的构件接触。在避开盲区的前提下,尽量贴近高液面安装,以减少池壁回波的干扰。为获得尽可能强的回波,要探头与被测界面垂直。5)首次投运,须对仪表进行使用位置、介质特性、工艺条件等内容的设定,完成空程、满量程校正。利用配套软件进行回波曲线检查,抑制干扰回波。建议在有条件的情况下,在池壁上分别标注液位满量程的20%、50%、95%、三点,以方便今后维护和校验。6)为避免因压力、温度等特性变化而产生的液位误差,应选择有温度补偿的产品。7)泡沫是声波反射不充分的表面,会吸收一部分或是的声波脉冲能量,减少或是消除回波信号。因此,在被测液面存在泡沫的场合,不能使用。但在泡沫较轻,盲区允许的情况下,可通过加大液位计的功率,来实现测量。

　　3.3使用位置超声波液位计不能使用在测量工况变化剧烈或真空的场合,但污水处理工程一般不存在上述情况,这一优势使超声波液位计在污水处理工程中得以广泛应用。除了不能使用在有大量泡沫、液位波动剧烈的地方外,几乎可在污水处理的各个工艺流程中广泛使用,用于测量水池液位、液位差等。4雷达液位计4.1测量原理超声波、雷达液位计都是利用回波测距原理的仪表。利用电磁波作为能量波的液位计即是雷达液位计,又称微波液位计。雷达液位计按结构可分为天线式和导波式。天线是通过天线发射和接收电磁波,其结构与超声波液位计为相似,都属于非接触式仪表。导波式是微波液位计的一种变型,英文名称是Time DomainReflectometry(时域反射法)或简称TDR,也俗称导波雷达,通常采用脉冲波方式工作。与微波液位计不同点在于微波脉冲不是通过空间传播,而是通过一根(或两根)从液位上方伸入、直达容器底的导波体传播。导波体可以是金属硬杆或柔性金属缆绳。微波脉冲沿杆或缆的外侧向下传播,在被测液面上被反射,回波被天线接收,由发射脉冲与回波脉冲的时间差即可计算出传播距离。低频雷达具有较大的波束角和较长的波长,使之在有液面扰动或搅拌的情况下能提供好的回波曲线。但其较大的波束角制约了使用范围。为弥补这一缺陷,在实际产品中,低频雷达多与导波管结合。也就是说,一般导波雷达液位计多使用低频雷达。4.2优缺点及注意事项由于雷达液位计与超声波液位计在测量原理上相同,本文3.2中1～ 5同样适用于雷达液位计。但由于雷达液位计的性,和超声波液位计相比较,还有以下特点:1)由于微波(电磁波)传播不依赖介质,所以雷达液位计不受介质特性如压力、温度、真空度等影响,所以测量精度较超声波液位计高。可以使用在工况变化较大或有蒸汽等超声液位计不能正常工作的场合。2)微波(电磁波)以光速传播,使得雷达液位计测量更灵敏,刷新速度更快。

　　3)表1示出了不同特性的泡沫,对微波、超声波信号的不同影响。由于污水处理工程液位测量所涉几乎全是湿性泡沫,所以雷达液位计可代替超声波液位计在液面有泡沫的场合使用。4)使用导波雷达,可在带搅拌、液面扰动等复杂工况或安装空间有限的场合实现测量。导波雷达液位计安装在有搅拌器的液体中,若液体流速过快,建议将导波管末端固定,以减少导波管受力。5)部分产品配套有智能软件,可实现不规则池底的液位测量。6)雷达液位计比超声波液位计价格稍贵。4.3使用位置由于雷达液位计在有泡沫、带搅拌的测量场合具有优势,它弥补了超声波液位计在上述方面的不足。可以说,雷达液位计适合在污水处理的各个工艺流程中使用,测量水池液位、液位差。5结语是污水处理工程不可缺少的重要仪表。它种类繁多,根据介质和现场条件的不同,各类液位计各具优势,形成一个多元化的面。要找到适合的产品,只有在液位计选型、安装时,根据各液位计的特点,从测量介质、安装位置、仪表精度、价格、使用寿命、维护成本等多方面综合考虑。随着劳动力和生产成本的不断提高,仪表高精度、免维护性在仪表选型中所占的比重也随之不断增加。因此,在仪表采购成本允许的情况下,建议尽量选择精度佳、免维护的仪表。相对于磁翻板液位计和投入式液位计而言,超声波、雷达液位计更符合上述要求。随着电子技术及制作工艺的不断提声波、雷达液位计的价格会不断下降,性能会不断提高,数量会不断增多。

　　罗斯蒙特 3300 在众多应用领域中，提供且的液位。 凭借高灵敏度和信号处理性能的导波雷达技术，罗斯蒙特 3300 系列通过一个变送器便能同时进行液位和界面两种测量。 3300 系列现推出一系列型导波杆，设计用于即使在恶劣的过程环境下也能进行测量。 二线制连接确保了安装简便经济。 其特点包括:

　　高温和高压导波杆 用于要求高的液位测量领域。

　　多样的导波杆几乎可满足应用领域的需求。

　　多变量、环路供电的液位和界面变送器可减少储罐穿孔数目，并节省安装成本。

　　直接液位测量无需对温度、压力、密度、介电性能或导电性能的变化进行补偿。

　　简便易用的雷达组态工具使得设置简单，并通过波形图和记录工具提供诊断。

　　几乎不受粉尘、蒸汽、干扰物的影响。

　　坚固的模块化结构降低了运行成本，提高了性。

　　易于集成于现有设备中。

　　外形尺寸图

　　导波雷达液位计与其他雷达液位计相比，具有不同的工作原理，也有自己的优势和不足。用户尤其是采购人员了解这些信息，对于正确的选型重要。下面，就导波雷达液位计的原理和优缺点具体介绍如下。

　　一、导波雷达液位计的工作原理

　　导波雷达液位计的工作原理是基于时间行程原理的测量仪表，雷达波以光速运行，运行时间可以通过电子部件被转换成物位信号。探头发出高频脉冲并沿缆式探头传播，当脉冲遇到物料表面时反射回来被仪表内的接收器接收，并将距离信号转化为物位信号。

　　而普通雷达液位计的工作原理是****—反射—接收。具体说来就是，雷达传感器的天线以波束的形式****电磁波信号，****波在被测物料表面产生反射，反射回来的回波信号仍由天线接收。****及反射波束中的每一点都采用超声采样的方法进行采集。信号经智能处理器处理后得出介质与探头之间的距离，送终端显示器进行显示、报警、操作等。

　　计为Rada-21高频脉冲雷达液位计

　　二、导波雷达液位计的优缺点

　　1、导波雷达液位计的不足

　　（1）不适合用于测量腐蚀性和粘附性液体，也不适合用于食品等级要求较高的场合

　　从两种雷达液位计的不同工作原理，可知雷达液位计是非接触式测量，导波雷达液位计为接触式测量。所以，需要考虑介质的腐蚀性和粘附性，在食品等级要求较高的场合，也一般不用导波雷达液位计。

　　（2）导波雷达液位计的安装和维护不便

　　导波雷达液位计在测量时，过长的导波杆（缆）为安装和维护增加了不少困难。而且相比能够互换使用的普通雷达液位计，导波雷达液位计的导波杆（缆）的长度根据工况固定，一般不能互换使用。所以，一般来说，导波雷达液位计要比普通雷达液位计的选型和维护要繁琐的多。

　　（3）导波雷达液位计的测量距离受限

　　导波雷达液位计的测量距离不会很长，而普通雷达液位计在30~40m的罐体上应用比较常见，甚至可测到60m。

　　2、导波雷达液位计的优势:

　　（1）对波动较大介质的测量更稳定

　　在罐内有搅拌，介质波动较大的工况下，用底部固定的导波雷达液位计比普通雷达液位计更为稳定，优势也更为明显。

　　（2）更适于对小罐体内物料的测量

　　在测量小罐体内的物位时，由于安装测量空间小（或罐内干扰物较多），一般普通雷达的液位计不适用，而导波雷达液位计则不受限。

　　（3）导波雷达液位计不受介电常数高低的限制

　　普通雷达液位计和导波雷达液位计的测量原理都是基于介质介电常数的差别进行测量的，由于普通雷达液位计****的波是发散的，当介质介电常数过低时，信号太弱测量就会不稳定，而导波雷达液位计****的波是沿导波杆传播的，信号相对稳定。

　　此外，导波雷达液位计一般还有底部探测功能，可以根据底部回波信号的测量值加以修正，使信号更为稳定准确。

　　导波雷达液位变送器是将发射能量很低的短的微波脉冲通过天线系统发射并接收。雷达波以光速运行。运行时间可以通过电子部件被转换成物位信号。一种的时间延伸方法可以确保短时间内稳定和的测量。YYD800系列导波雷达液位变送器即使在工况比较复杂，存在虚假回波的情况下，其用的微处理技术和调试软件也可以准确的分析出物位的回波。

　　输入

　　天线接收反射的微波脉冲并将其传输给电子线路，微处理器对此信号进行处理，识别出微脉冲在物料表面所产生的回波。正确的回波信号识别由智能软件完成，精度可达到毫米级。距离物料表面的距离D与脉冲的时间行程T成正比:

　　D=C×T/2

　　其中C为光速

　　因空罐的距离E已知，则物位L为:

　　L=E-D

　　输出

　　通过输入空罐高度E（=零点），满罐高度F（=满量程）及一些应用参数来设定，应用参数将自动使仪表适应测量环境。对应于4－20mA输出。

　　应用介质:

　　YYD800系列导波雷达液位变送器适用于对液体、浆料及颗粒料的物位进行非接触式连续测量，适用于温度、压力变化大；有惰性气体及挥发存在的场合。

　　采用微波脉冲的测量方法，并可在工业频率波段范围内正常工作。波束能量较低，可安装于各种金属、非金属容器或管道内，对人体及环境均无伤害。

　　产品简介:

　　YYD800系列智能雷达物位仪表

　　类 别

　　YYD801

　　YYD802

　　YYD803

　　应 用

　　过程条件简单，腐蚀性的液体、浆料、固体

　　比如:

　　水液储罐

　　酸碱储罐

　　浆料储罐

　　固体颗粒

　　小型储油罐

　　存储或过程容器腐蚀性的液体、浆料、固体

　　比如:

　　水液储罐

　　酸碱储罐

　　浆料储罐

　　固体颗粒

　　小型储油罐

　　适应各种存储容器或过程计量环境，液体、浆料、固体

　　比如:

　　原油、轻油储罐

　　原煤、粉煤仓位

　　挥发性液体储罐

　　焦碳料位

　　浆料储罐

　　固体颗粒

　　测 量 范 围

　　20米

　　20米

　　35米

　　过 程 连 接

　　螺纹

　　法兰

　　法兰

　　过 程 温 度

　　-40-130℃

　　-40-150℃

　　-40-250℃

　　过 程 压 力

　　-1.0-3bar

　　-1.0-20bar

　　-1.0-40bar

　　重 复 性

　　± 3mm

　　± 3mm

　　± 3mm

　　精 度

　　0.2s（根据具体使用情况而定）

　　电流信号:4…20mA

　　精度 :<0.1%

　　天线材质  YYD801、YYD802为PP/PTFE

　　YYD803 为316L不锈钢

　　通讯接口 HART通讯协议

　　过程连接 HHD801 （PP，PTFE天线） :G1-1/2 316L不锈钢，:

　　YYD802（棒式天线） :翻边法兰DN50，DN80，DN100，DN150

　　YYD803（喇叭口形式天线）:法兰DN50，DN80，DN100，DN150，DN200，DN250

　　电源 电源:24V DC（+/-10%），波纹电压:1Vpp

　　耗电量:max22.5mA

　　环境条件 温度:－40℃…＋80℃

　　容器压力（表压）－1…40bar

　　防爆认 ExiaII C T6

　　外壳保护等级 IP68

　　两线制接线 供电和信号输出共用一根两芯导线

　　电缆入口:2个M20×1.5（电缆直径5…9mm）