雷达液位计的类型及原理

2018-07-30 15:09:04

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。

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。

1雷达液位计的类型及原理

1.1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10~20mm，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FMR130，德国KROHINE公司生产的BM70等。计量级雷达液位计的精度在1mm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RTG1820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

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）。

t=2·d/C（1）

d=C·t/2（2）

L=H-d=H-C·t/2（3）

式中C——电磁波传播速度，300000km/s；

d——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；

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。

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（PTOF）测量方法，另一种是KROHNE和 SAAB等公司采用的连续调频法（FMCW）。

微波脉冲法的原理见图2所示。

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1mm，微波运行时间变化6ps。微波脉冲法通过采样处理将测量时间延伸至us级，由此来测量微波运行时间。

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。