分析雷达液位计的测量原理与故障处理

时间：2024-05-04

赵龙赵雪玲

分析雷达液位计的测量原理与故障处理

赵龙赵雪玲

中铝中州铝业有限公司，河南焦作 454174

针对雷达液位计的测量原理进行分析，提出的测量原理包括：发射——反射——接收以及天线系统的运行原理。经过对这些内容的分析，总结并阐述了雷达液位计的相关故障处理方式，包括套管结垢以及发射电极脏污等问题。最后，研究了如何保证雷达液位计无故障长周期运行以及雷达液位计的日常检查维护。

雷达液位计；测量原理；故障处理

雷达技术最早仅限于军用，后来慢慢在民用飞机中使用。如今，这种技术逐渐被广泛的应用在不同行业。例如气象研究以及天气预报等相关领域，甚至被引用到物位的测量仪表中等的传统领域中。对雷达液位计的测量原理以及故障处理问题进行分析，对今后的测量工作提供了一定的帮助。

1 雷达式液位计的测量原理

1.1 测量原理：发射——反射——接收

一束雷达脉冲发射所需时间为1ns，并且每隔277ns，系统将发射以此脉冲信号。脉冲波束所具备的频率为3.6MHz，当其处于发射间隔时期时，将天线系统当作接受装置进行使用。对仪表进行分析和处理过程中，运行时间一般在十亿分之一秒之内，并且在很短的时间内对回拨图进行分析和处理。进行雷达传感器的调整，需要利用特殊调整间隔时间的技术，实施每分钟3600000个回拨图放大并定位，然后对其进行分析和处理，可以在每0.1秒，对这些被放大的回拨信号进行精致的分析和处理[1]。

1.2 天线系统

（1）喇叭口形天线。喇叭口形的天线在绝大多数的应用中都是适用的，其具备极好的聚焦特性。目前我厂使用的雷达液位计绝大多数就是喇叭口形天线。它使用的材料为不锈钢1.4571和哈氏合金C22或钽，因此比较牢固和耐用，此外其物理和化学特性均比较稳定。在运行过程中，工作压力一般可以达到64bar。如果对其采取相应的冷却措施，那么被测介质具备的温度可以到达1000℃。（2）棒式天线。棒式天线具备较好的稳定性，所安装的法兰尺寸也比较小。对于整个天线来说，一般采用的是PTFE当作材料。对于冷凝水的粘附不是十分敏感，对其进行清洗十分方便。在运行过程中的工作压力可以达到16bar，并且可以达到200℃的温度。棒式天线十分适合对腐蚀性介质进行测量，例如酸、碱性物质等。对食品装置中的无菌容器而言，可以使用中性测量装置，但要保障其开孔量小。PTFE棒式天线不仅属于中性，而且开孔只需50mm[2]。

2 故障处理

2.1 套管结垢问题

针对套管结垢问题，可以利用加大安装套管直径的方式进行解决。这样做的理由主要有以下几点：第一方面，所安装的套管所产生的结垢会伴随着时间的推移而增多，和直径较小的安装套管相比，大直径安装套管的结垢程度比较高。第二方面是，大直径安装套管结垢达到一定程度时，因为垢物自身的重力影响，会产生脱落现象。

2.2 发射电极脏污问题

解决发射电极脏污问题是一个十分复杂的工作，导致这一问题发生的原因有二：一方面使因为搅拌电机在运行过程中产生甩浆，致使发射电极脏污。另一方面是因为当内部蒸汽冷却之后，会形成一定的水珠，并且附着在发射电极上，导致微波的发射受到阻碍。特别是，拜耳法氧化铝生产过程中使用的料浆槽内部蒸汽多数含有碱、料浆等，长时间运行，容易在电极上形成难以清理的污渍。针对第一方面原因，在现场，我们可以发现，具有一定功率的电机产生的甩浆高度不会超过一个特定的高度。从这一方面我们可以发现，当雷达液位计安装所在高度比一个特定高度高时，搅拌机电机产生的甩浆就不能达到发射电极的高度。因此，调整安装高度，可以对这一故障进行避免。针对第二方面原因，在现场环境下，避免容器内蒸汽冷却后形成水珠也是可能实现的。对资料进行查阅的过程中，我们可以看到某些生产厂家提供的一种材料是特氟龙的隔离装置，对这样材料进行使用，既不能对微波的发射产生影响，同时还能起到一定的隔离蒸汽作用。此外，定期清理发射电极，也是减少测量误差的有效措施。

2.3 保证雷达液位计无故障长周期运行

对了雷达液位计进行安装的过程中，需要注意一下几个方面：①安装的天线要和测量容器的槽壁相互平行[3]。从而方便微波的传递。②安装所处位置和槽壁的之间的距离应当在30cm以上，从而防止微波发射过程中射到槽壁上，产生一定的虚假回波信号。③安装位置需要避开下料区和进料区以及漩涡。当注入液体时，可能会产生幅度比被测液体所产生的反射有效回波还要大的虚假回波。与此同时，这与现象的存在还有可能导致微波信号产生散射，进而降低有效信号。针对搅拌器等容器而言，进行搅拌的过程中，可能会产生一些不是十分规则的漩涡，并且会导致雷达信号减退。与此同时，还会出现搅拌叶片导致微波信号产生虚假回波，尤其是低液位时，搅拌器带来的影响会更大。

2.4 雷达液位计的日常检查维护

从雷达液位计进行日常的检查和维护过程中看，主要检查电源是否正常输出以及检查表体温度是否正常。对仪表进行通电以后，经过几分钟以后，仪表可能就会正常运行。如果发现仪表并没有输出，就应当对电源进行检查，并且对保护丝做出检查，查看其是否被烧坏。针对那些不超过2个月停运的情况，不必将仪表的电源切断。雷达液位计运行时，雷达头的内部所具备的温度在65℃左右。一般情况下不会超过这个温度，但如果被介质的温度过高，雷达内部的使用温度有可能会超过65℃。这个时候，维护人员可以将少量的仪表风经φ6×1的紫铜管吹到雷达的表头处，将雷达表头的温度进行降低。需要注意的是，降低温度的方式绝不能利用水或者液体对元件进行冷却。雷达液位计在使用过程中，设备是连成一体的，并且整个系统均处于封闭形态。因此，在其日常运行过程中，还需要对各个部件之间的连接位置的密封情况进行检查，查看其密封的是否良好。