雷达液位计及其应用_彭晶
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微波脉冲法制造成本低, 精度相对较低, 多 应用于工业级雷达液位计。
连续调频法采用线形调制的高频信号提高所 发射信 号的频率。由 于在信号传播 中延迟了时 间, 改变了信号的频率。返回信号的频率低于发 出信号的频率, 一般相差几 kHz。发射波与接收 波送入混频器测出频率差 f , f 与被测距离 d
1, G roup B~ D
Div 1& 2, Group A ~ D
防护等级 IP65( N EM A4)
IP68
操作压力
- 0. 0483 ~ 0. 6895 M Pa ( 最高: 4. 0 M Pa)
- 0. 2 ~ 1. 6 M Pa( 最高: 6. 4 M Pa)
操作温度 - 40 ~ + 230
第3期
彭 晶 雷达液位计及其应用
23
雷达液位计及其应用
彭 晶: 1989 年 毕 业于 华 工理工 学院应 用电子 专业, 工程师, 从事化工自控设计 工作。
彭晶 ( 中国五环化学工程公司 武汉 430079)
摘 要 针对雷达液位计越来越广泛地应用于化工领域的液位测量。分别介绍了雷 达液位计的基本原理, 以及在选用、安装中的注意事项。
图 3 连续调频 法的原理示意图
此外, 其它的时间测量方法, 如 Enraf 的雷达 液位计采用合成脉冲雷达技术( SPR) 等。
2 雷达液位计的应用问题
2. 1 介质的相对介电常数 由于雷达液位计发射的微波沿直线传播, 在
液面处产生反射和折射时微波有效的反射信号强 度被衰减, 当相对介电常数小到一定值时, 会使 微波有效信号衰减过大, 导致雷达液位计无法正 常工作。
导波管并 不由制造厂随雷 达液位计 一起供 货, 而是由设计单位按照制造厂的要求设计, 由施 工单位制造和安装。在安装时应将导波管妥善固 定, 并使液位计位于导波管的中心。导波管的焊 缝应处理平整, 无焊疤和毛刺, 并且清除铁锈或 杂质, 以确保测量的精度。
3 雷达液位计的安装
雷达液位计一般安装在罐顶, 如果根据需要 侧向安装时, 应采用 45 或 90 的弯管进行安装。
( 3) 当雷达液面计不需要和导波管配套使用 时, 安装接管的长度应使天线喇叭口伸入罐内一 定距离, 以减少由于安装接管和设备间焊缝所造 成的发射能量损失。
( 4) 雷达液位计用于测量有搅拌器的容器液 面时, 其安装位置应尽量避开搅拌器, 不要使雷达 反射面总处于搅拌器叶片附近, 以消除搅拌时产 生的漩涡的不规则液面对微波信号散射所造成的 衰减; 消除搅拌器叶片对微波信号所造成的虚假 回波影响。
雷电保护 采用隔离变压器, 完全 无 隔断雷电
t= 2 d/ C
( 1)
d= C t/2
( 2)
L = H- d= H- C t/2
( 3)
式中 C d
电磁波传播速度, 300 000 km/ s; 被测介质与天线之间的距离;
t 天线发射与接收到反射波的时间差;
H 天线距罐底高度;
24
化肥设计
2000 年第 38 卷
雷达液位 计的基本原理是 雷达波由 天线发
出, 抵达液面后反射, 被同一天线接收, 雷达波往 返的时间正比于天线到液面的距离。其运行时间 与物位距离关系( 见图 1) 。
表 1 雷达液位计性能比较表
生 产 厂 Enraf 精度级别 计量级 型 号 U EA Z873 精 度 1 mm 测量范围 0~ 40 m 操作频率 9. 15~ 10. 85 GHz 输出信号 4~ 20 mADC 、RS 485、
参考文献 1 浅谈雷达液面计的设计和应用. 炼油化工自动化, 1996, 1
( 收稿日期 2000- 01- 13)
( 上接第 20 页)
W= K M总
W
( 14)
即 W = K ( 2/ 3 L 3 h g tg + 1/ 2 gL 2H 2 W
( 15)
根据最 大生产 能力 90 t/ h, 尿素 颗粒 容重 0. 72 t/ m3 以及刮臂转速 1. 47 r/ min, 可计算得半 个周期内均匀飘落的尿素 粒子堆起的高度 h 为
- 40 ~ + 250
供 电 110/ 130/ 220/ 240V AC、 24/ 48/ 115/ 230VA C、
45/ 65 H z
50/ 60 Hz, 24V DC
功 率 35 VA , I max= 2A
交流: 10 V A, 20 V A( 带加 热器) ; 直流: 6 W , 16 W ( 带加热器)
雷达液位计发射的微波传播 速度 C 决定于 传播媒介的相对介电常数和磁导率, 所以微波的 传播速度不受温度变化的影响。但是对高温介质 进行测量时, 需要对雷达液位计的传感器和天线 部分采取冷却措施, 以便保证传感器在允许的温 度范围内正常工作, 或使雷达天线的喇叭口与最 高液面间留有一定的安全距离, 以避免高温对天 线的温度。
雷达液位计的测量原理决定了其不宜用于液 面沸腾和液面扰动大的场合, 因此, 除了在选型 时应注意适用条件外, 安装时也应避开干扰源, 尽量减少测量误差。
(1) 安装位置要偏离容器中心, 防止测量到 中心谷底。因为中心可能形成漩涡涡底, 从而造
成测量误差。此外还要避开下料扇区和涡流等干 扰源。
( 2) 如果选用的雷达液位计并不具备近壁安 装的特性, 在安装时要注意制造厂的要求与容器 壁保持适当的距离, 减少罐壁反射对精度的影响。
( 收稿日期 1999- 10- 16)
CHEMICAL FERTILIZER DESIGN
Vol. 38 No. 3 June 2000 ( total No. 195)
3
Advance of GTL Technology in The World
Zheng Zhenan Abstract It reviews t he advance of TG L t echnology f rom large petrochemical companies in the world. It is considered that sett ing up some GT L plant at moderate scale in remot e area is suit able f or t he purpose of environment prot ection and rat ional ut ilization of natural g as. Key words G TL, S hell SM DS, S asol SS PD , Exxon A GC 21, synt roleum
1 雷达液位计的类型及原理
1.Baidu Nhomakorabea1 类型 雷达液位计按精度分类, 可分为工业级和计
量级两大类。 工业级 雷 达 液位 计 的 精度 一 般为 10 ~ 20
mm, 适用于生产过程中的液位测量和控制, 不宜 用于贸易交接计量。这类产品有德国 E+ H 公司 生产 的 F MR130, 德 国 KROHNE 公 司 生产 的 BM70 等。
关键词 雷达液位计 计量
雷达液位计是一种采用微波测量技术的物位 测量仪表。它没有可动部件、不接触介质、没有 测量盲区, 可以用来对普通液位仪表难以高精度 测量的大型固定顶罐、浮顶罐内腐蚀性液体、高粘 度液体、有毒液体的液位进行连续测量。而且在 雷达液位计可用范围内其测量精度几乎不受被测 介质温度、压力、相对介电常数及其易燃易爆等恶 劣工况的限制, 应用范围日益广泛。特别是它的 高精度得到了国际计量机构的认证, 满足国际贸 易交接的物料计量要求。
微波脉冲法的原理见图 2 所示。
图 2 微波脉冲法的 原理示意图
由发送器将脉冲发生器生成的一串脉冲信号 通过天线发出, 经液面反射后由接收器接收, 再将 信号传给计时器, 从计时器得到脉冲的往返时间 t 。用这种方法测量的最大难点在于必须精确地 测量时间 t , 这是由于雷达波的传播速度非常快, 还有对 液位测量精度 的要求造成的。通过公式 ( 1) 可知, 液位变化 1 mm, 微波运行时 间变化 6 ps。微波脉冲法通过采样处理将测量时间延伸至 s 级, 由此来测量微波运行时间。
2. 3 10- 3 m 。进而, 将 L = 10 m, H = 0. 1 m, = 720 kg/ m3, g= 9. 81 m/ s2, = 27 , = 0. 154 rad/ s, K = 1. 5 代入( 15) 式, 得 W = 11 333 W,
即 W 11. 4 kW。
生产实践表明, 以上计算方法是可行的。
为避免上述情况的发生, 被测介质的相对介 电常数必须大于产品所要求的最小值。不同型号 的雷达液位计所要求的最小介电常数是不同的, 如 KROH NE 公司的 BM 70 要求介质的相对介电 常数大于 4, 当 BM70 用于 汽油、柴油、煤油、 变压器油等 ( 相对介电常数小于 4) 的液面测量 时, 需要用导波管。 2. 2 温度和压力
4 结束语
在磷肥项目中, 对于腐蚀性、易结晶介质的液 位测量, 过去常常采用吹气法或差压法进行测量, 不仅安装复杂, 维护也不便。采用工业级雷达液 位计后, 不仅提高了测量精度, 也大大减少了安 装、维护费用。
目前, 物位测量仪表种类繁多, 每种测量方 式均有其特点和针对性。雷达液位计同样有其局 限性, 如过高的价格, 不能耐高温、高压, 对介 质的相对介电常数有一定的要求等。因此在选用 时, 应遵循工程项目的特点、设计条件、费用等 方面进行综合判断确定, 做到先进适用、经济合 理、安全可靠。
Analysis to Cause of Deterioration of All Low Temp Shift Catalyst and Count Measures
Zhou H ongj un , Wang Dong mei , W u Qu ang ui etal . Abstract Cause of det erioration of all low temperat ure shif t cat alyst is analyz ed, Count measures are put f orw ard. Key words shift process all under low temperat ure, cat alyst , deteriorat ion
目前推出的雷达液位计产品, 一般都有压力 限制。如 Enraf 的产品允许最高压力为 4 M Pa, E + H 的产品允许最高压力为 6. 4 M Pa。 2. 3 导波管( 稳态管)
使用导波管, 主要是为了消除有可能因容器 的形状而导致多重回波所产生的干扰影响, 或是 在测量相对介电常数较小的介质液面时, 用来提 高反射回波能量, 以确保测量准确度。当测量浮 顶罐和球罐的液位时, 一般要使用导波管, 当介质 的相对介电常数小于制造厂所要求的最小值时, 也需要采用导波管。
L 液位高度。 由上式可知, 只要 测得微波的往返时间 t , 即可计算得到液位的高度 L 。
成线性关系, 这样就将雷达波的往返 t 转换成了 可精确测量的频率信号 f 。其基本原理如图 3 所示。
图 1 雷达液位计基 本测量原理
目前有几种不同的时间测量方式。一种是 E + H 和 VEGA 等公司采用的微波脉冲( P T OF ) 测 量方法, 另 一种是 KROHNE 和 SAAB 等公司采 用的连续调频法( FM CW) 。
Enraf 现场总线 天线材料 A ISI316、FE P
E+ H 工业级 FM R 130
10 mm 0~ 35 m 5. 8 GHz 4 ~ 20 mA DC、HA RT、 RS485 1. 4571( BS316L)
防爆认证 EExd BT6, Class 1, Div Eexde( ia) CT6, Class 1,
由于微波的传播速度仅与相对介电常数和磁 导率有关, 所以雷达液位计可以在真空或受压状 态下正常工作。但是当容器内操作压力高到一定
第3期
彭 晶 雷达液位计及其应用
25
程度时, 压力对雷达测量带来的误差就不容忽视。 有关文献指出, 当压力为 10 M Pa 时, 压力对微波 传播时间的影响为 2. 9% ; 当压力为 100 M Pa 时, 影响可高达 29% 。
计量级雷达液位计的精度在 1 mm 以内。它 既可以用于工业生产, 也可以用于贸易交接计量。 这类产品有荷兰 Enraf 公司的 UEAZ873 和瑞典 SAAB 公司的 RT G1820 等。
表 1 以 Enraf 和 E+ H 公司的产品为例分别 介绍两类雷达液位计的主要性能。 1. 2 基本测量原理
连续调频法采用线形调制的高频信号提高所 发射信 号的频率。由 于在信号传播 中延迟了时 间, 改变了信号的频率。返回信号的频率低于发 出信号的频率, 一般相差几 kHz。发射波与接收 波送入混频器测出频率差 f , f 与被测距离 d
1, G roup B~ D
Div 1& 2, Group A ~ D
防护等级 IP65( N EM A4)
IP68
操作压力
- 0. 0483 ~ 0. 6895 M Pa ( 最高: 4. 0 M Pa)
- 0. 2 ~ 1. 6 M Pa( 最高: 6. 4 M Pa)
操作温度 - 40 ~ + 230
第3期
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雷达液位计及其应用
彭 晶: 1989 年 毕 业于 华 工理工 学院应 用电子 专业, 工程师, 从事化工自控设计 工作。
彭晶 ( 中国五环化学工程公司 武汉 430079)
摘 要 针对雷达液位计越来越广泛地应用于化工领域的液位测量。分别介绍了雷 达液位计的基本原理, 以及在选用、安装中的注意事项。
图 3 连续调频 法的原理示意图
此外, 其它的时间测量方法, 如 Enraf 的雷达 液位计采用合成脉冲雷达技术( SPR) 等。
2 雷达液位计的应用问题
2. 1 介质的相对介电常数 由于雷达液位计发射的微波沿直线传播, 在
液面处产生反射和折射时微波有效的反射信号强 度被衰减, 当相对介电常数小到一定值时, 会使 微波有效信号衰减过大, 导致雷达液位计无法正 常工作。
导波管并 不由制造厂随雷 达液位计 一起供 货, 而是由设计单位按照制造厂的要求设计, 由施 工单位制造和安装。在安装时应将导波管妥善固 定, 并使液位计位于导波管的中心。导波管的焊 缝应处理平整, 无焊疤和毛刺, 并且清除铁锈或 杂质, 以确保测量的精度。
3 雷达液位计的安装
雷达液位计一般安装在罐顶, 如果根据需要 侧向安装时, 应采用 45 或 90 的弯管进行安装。
( 3) 当雷达液面计不需要和导波管配套使用 时, 安装接管的长度应使天线喇叭口伸入罐内一 定距离, 以减少由于安装接管和设备间焊缝所造 成的发射能量损失。
( 4) 雷达液位计用于测量有搅拌器的容器液 面时, 其安装位置应尽量避开搅拌器, 不要使雷达 反射面总处于搅拌器叶片附近, 以消除搅拌时产 生的漩涡的不规则液面对微波信号散射所造成的 衰减; 消除搅拌器叶片对微波信号所造成的虚假 回波影响。
雷电保护 采用隔离变压器, 完全 无 隔断雷电
t= 2 d/ C
( 1)
d= C t/2
( 2)
L = H- d= H- C t/2
( 3)
式中 C d
电磁波传播速度, 300 000 km/ s; 被测介质与天线之间的距离;
t 天线发射与接收到反射波的时间差;
H 天线距罐底高度;
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化肥设计
2000 年第 38 卷
雷达液位 计的基本原理是 雷达波由 天线发
出, 抵达液面后反射, 被同一天线接收, 雷达波往 返的时间正比于天线到液面的距离。其运行时间 与物位距离关系( 见图 1) 。
表 1 雷达液位计性能比较表
生 产 厂 Enraf 精度级别 计量级 型 号 U EA Z873 精 度 1 mm 测量范围 0~ 40 m 操作频率 9. 15~ 10. 85 GHz 输出信号 4~ 20 mADC 、RS 485、
参考文献 1 浅谈雷达液面计的设计和应用. 炼油化工自动化, 1996, 1
( 收稿日期 2000- 01- 13)
( 上接第 20 页)
W= K M总
W
( 14)
即 W = K ( 2/ 3 L 3 h g tg + 1/ 2 gL 2H 2 W
( 15)
根据最 大生产 能力 90 t/ h, 尿素 颗粒 容重 0. 72 t/ m3 以及刮臂转速 1. 47 r/ min, 可计算得半 个周期内均匀飘落的尿素 粒子堆起的高度 h 为
- 40 ~ + 250
供 电 110/ 130/ 220/ 240V AC、 24/ 48/ 115/ 230VA C、
45/ 65 H z
50/ 60 Hz, 24V DC
功 率 35 VA , I max= 2A
交流: 10 V A, 20 V A( 带加 热器) ; 直流: 6 W , 16 W ( 带加热器)
雷达液位计发射的微波传播 速度 C 决定于 传播媒介的相对介电常数和磁导率, 所以微波的 传播速度不受温度变化的影响。但是对高温介质 进行测量时, 需要对雷达液位计的传感器和天线 部分采取冷却措施, 以便保证传感器在允许的温 度范围内正常工作, 或使雷达天线的喇叭口与最 高液面间留有一定的安全距离, 以避免高温对天 线的温度。
雷达液位计的测量原理决定了其不宜用于液 面沸腾和液面扰动大的场合, 因此, 除了在选型 时应注意适用条件外, 安装时也应避开干扰源, 尽量减少测量误差。
(1) 安装位置要偏离容器中心, 防止测量到 中心谷底。因为中心可能形成漩涡涡底, 从而造
成测量误差。此外还要避开下料扇区和涡流等干 扰源。
( 2) 如果选用的雷达液位计并不具备近壁安 装的特性, 在安装时要注意制造厂的要求与容器 壁保持适当的距离, 减少罐壁反射对精度的影响。
( 收稿日期 1999- 10- 16)
CHEMICAL FERTILIZER DESIGN
Vol. 38 No. 3 June 2000 ( total No. 195)
3
Advance of GTL Technology in The World
Zheng Zhenan Abstract It reviews t he advance of TG L t echnology f rom large petrochemical companies in the world. It is considered that sett ing up some GT L plant at moderate scale in remot e area is suit able f or t he purpose of environment prot ection and rat ional ut ilization of natural g as. Key words G TL, S hell SM DS, S asol SS PD , Exxon A GC 21, synt roleum
1 雷达液位计的类型及原理
1.Baidu Nhomakorabea1 类型 雷达液位计按精度分类, 可分为工业级和计
量级两大类。 工业级 雷 达 液位 计 的 精度 一 般为 10 ~ 20
mm, 适用于生产过程中的液位测量和控制, 不宜 用于贸易交接计量。这类产品有德国 E+ H 公司 生产 的 F MR130, 德 国 KROHNE 公 司 生产 的 BM70 等。
关键词 雷达液位计 计量
雷达液位计是一种采用微波测量技术的物位 测量仪表。它没有可动部件、不接触介质、没有 测量盲区, 可以用来对普通液位仪表难以高精度 测量的大型固定顶罐、浮顶罐内腐蚀性液体、高粘 度液体、有毒液体的液位进行连续测量。而且在 雷达液位计可用范围内其测量精度几乎不受被测 介质温度、压力、相对介电常数及其易燃易爆等恶 劣工况的限制, 应用范围日益广泛。特别是它的 高精度得到了国际计量机构的认证, 满足国际贸 易交接的物料计量要求。
微波脉冲法的原理见图 2 所示。
图 2 微波脉冲法的 原理示意图
由发送器将脉冲发生器生成的一串脉冲信号 通过天线发出, 经液面反射后由接收器接收, 再将 信号传给计时器, 从计时器得到脉冲的往返时间 t 。用这种方法测量的最大难点在于必须精确地 测量时间 t , 这是由于雷达波的传播速度非常快, 还有对 液位测量精度 的要求造成的。通过公式 ( 1) 可知, 液位变化 1 mm, 微波运行时 间变化 6 ps。微波脉冲法通过采样处理将测量时间延伸至 s 级, 由此来测量微波运行时间。
2. 3 10- 3 m 。进而, 将 L = 10 m, H = 0. 1 m, = 720 kg/ m3, g= 9. 81 m/ s2, = 27 , = 0. 154 rad/ s, K = 1. 5 代入( 15) 式, 得 W = 11 333 W,
即 W 11. 4 kW。
生产实践表明, 以上计算方法是可行的。
为避免上述情况的发生, 被测介质的相对介 电常数必须大于产品所要求的最小值。不同型号 的雷达液位计所要求的最小介电常数是不同的, 如 KROH NE 公司的 BM 70 要求介质的相对介电 常数大于 4, 当 BM70 用于 汽油、柴油、煤油、 变压器油等 ( 相对介电常数小于 4) 的液面测量 时, 需要用导波管。 2. 2 温度和压力
4 结束语
在磷肥项目中, 对于腐蚀性、易结晶介质的液 位测量, 过去常常采用吹气法或差压法进行测量, 不仅安装复杂, 维护也不便。采用工业级雷达液 位计后, 不仅提高了测量精度, 也大大减少了安 装、维护费用。
目前, 物位测量仪表种类繁多, 每种测量方 式均有其特点和针对性。雷达液位计同样有其局 限性, 如过高的价格, 不能耐高温、高压, 对介 质的相对介电常数有一定的要求等。因此在选用 时, 应遵循工程项目的特点、设计条件、费用等 方面进行综合判断确定, 做到先进适用、经济合 理、安全可靠。
Analysis to Cause of Deterioration of All Low Temp Shift Catalyst and Count Measures
Zhou H ongj un , Wang Dong mei , W u Qu ang ui etal . Abstract Cause of det erioration of all low temperat ure shif t cat alyst is analyz ed, Count measures are put f orw ard. Key words shift process all under low temperat ure, cat alyst , deteriorat ion
目前推出的雷达液位计产品, 一般都有压力 限制。如 Enraf 的产品允许最高压力为 4 M Pa, E + H 的产品允许最高压力为 6. 4 M Pa。 2. 3 导波管( 稳态管)
使用导波管, 主要是为了消除有可能因容器 的形状而导致多重回波所产生的干扰影响, 或是 在测量相对介电常数较小的介质液面时, 用来提 高反射回波能量, 以确保测量准确度。当测量浮 顶罐和球罐的液位时, 一般要使用导波管, 当介质 的相对介电常数小于制造厂所要求的最小值时, 也需要采用导波管。
L 液位高度。 由上式可知, 只要 测得微波的往返时间 t , 即可计算得到液位的高度 L 。
成线性关系, 这样就将雷达波的往返 t 转换成了 可精确测量的频率信号 f 。其基本原理如图 3 所示。
图 1 雷达液位计基 本测量原理
目前有几种不同的时间测量方式。一种是 E + H 和 VEGA 等公司采用的微波脉冲( P T OF ) 测 量方法, 另 一种是 KROHNE 和 SAAB 等公司采 用的连续调频法( FM CW) 。
Enraf 现场总线 天线材料 A ISI316、FE P
E+ H 工业级 FM R 130
10 mm 0~ 35 m 5. 8 GHz 4 ~ 20 mA DC、HA RT、 RS485 1. 4571( BS316L)
防爆认证 EExd BT6, Class 1, Div Eexde( ia) CT6, Class 1,
由于微波的传播速度仅与相对介电常数和磁 导率有关, 所以雷达液位计可以在真空或受压状 态下正常工作。但是当容器内操作压力高到一定
第3期
彭 晶 雷达液位计及其应用
25
程度时, 压力对雷达测量带来的误差就不容忽视。 有关文献指出, 当压力为 10 M Pa 时, 压力对微波 传播时间的影响为 2. 9% ; 当压力为 100 M Pa 时, 影响可高达 29% 。
计量级雷达液位计的精度在 1 mm 以内。它 既可以用于工业生产, 也可以用于贸易交接计量。 这类产品有荷兰 Enraf 公司的 UEAZ873 和瑞典 SAAB 公司的 RT G1820 等。
表 1 以 Enraf 和 E+ H 公司的产品为例分别 介绍两类雷达液位计的主要性能。 1. 2 基本测量原理