雷达液位计的妙用

工业自动化水平的飞速发展助力雷达液位计生产

作者:宛传宝 文章来源:PROCESS《流程工业》 点击数:40 发布时间:2019-08-05
雷达液位计是基于时间行程原理的测量仪表,其工作原理是液位计通过天线系统向被测介质表面发射电磁波,电磁波经过介质表面反射并被天线系统接受,最后利用雷达脉冲所需要的运行时间和输入的容器高度来计算相应物料位置。
雷达液位计的妙用

非接触式雷达技术具有测量精度高、测量稳定和不接触被测介质等特点,在测量过程中既不会受到介质波动性的影响,也不会受不断出现的过程条件如温度、压力、密度、泡沫以及严重起尘的影响。但早期的雷达液位计(K-BAND24或26 GHz)由于频率低、波束角度小和反应时间滞后等因素,在一些特殊工况中测量效果并不理想。

保险粉残液精馏蒸发器的液位测量设计之初,因其残液的特殊性,只能选用24 GHz和26 GHz脉冲原理的相应产品。蒸发器内在的雷达液位计下部有一个1 200 mm*φ150 mm的延长管,距离罐顶1 000 mm的位置有一层金属隔网,安装时延长管需穿过这层隔网。在生产过程中发现蒸发器内残液蒸发的水蒸汽夹带物料结晶粘附在雷达天线上,同时雷达发射的电磁波不能很好地穿过1 200 mm延长管,容易形成干扰回波。保险粉残液表面在精馏后产生的厚度约300~500 mm的泡沫导致液位信号严重衰减,甚至完全回收不到液位信号,严重干扰到液位的正常测量,影响精馏固化正常的生产。

图1由于泡沫和发射天线处的结晶导致雷达液位计无法正常测量液位
图1由于泡沫和发射天线处的结晶导致雷达液位计无法正常测量液位

表现优异的雷达液位计

针对这种工况,本公司选用了德国VEGA公司最新产品VEGAPULS 64高频(W-BAND 80 GHz)连续调频原理的雷达液位计取代过去使用的24 GHz和26 GHz脉冲原理的雷达产品,该产品采用独特的内置密封的透镜天线结构,具有高聚焦、高动态范围及反应时间快等特点。

图2在保险粉残液精馏蒸发器的液位测量时,延长管需穿过隔网

雷达液位计的发射波束角的大小反映了其聚焦能力的强弱,发射角的大小和天线有效截面积和频率有关,其公式:发射角α=光速/(天线有效截面积*频率)。从上式中可以看出,发射角α与雷达天线截面积和发射频率成反比,在天线截面积不变的情况下,发射频率越高,其发射角就越小,发射角越小,其聚焦能力就越强,从而雷达回波就越强,信号也就越稳定。

雷达液位计的动态范围是指液位计所能检测到回波的强信号与弱信号之间的差值。发射频率为26 GHz的雷达波,其动态范围一般在96 dB之内,而80 GHz的雷达波,其动态范围最高可以达到120 dB。动态范围越大,说明其检测微弱信号的能力就越大,其适用性就越广。

80 GHz高频VEGAPULS 64因为上述2个特点很好地克服容器内的蒸汽在天线上和管内形成严重的结露和结晶的情况,同时选用DN150 PTFE封装的安装法兰、3°雷达波发射角和结合120 dB的高动态范围,信号能很轻松地穿透延长管和泡沫,得到稳定的液位信号,已在实际测量中取得了卓越的效果。

80 GHz高频雷达液位计VEGAPULS 64在保险粉残液精馏蒸发器液位测量上的成功应用,解决了困扰多年的技术难题,为后期实现保险粉残液精馏全自动控制创造了条件。

图3改用80 GHz雷达液位计后,雷达波克服结晶并穿透泡沫层准确测量液位
图3改用80 GHz雷达液位计后,雷达波克服结晶并穿透泡沫层准确测量液位

图3改用80 GHz雷达液位计后,雷达波克服结晶并穿透泡沫层准确测量液位
图3改用80 GHz雷达液位计后,雷达波克服结晶并穿透泡沫层准确测量液位