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測量介質(zhì)惹起的非接觸式雷達(dá)液位計誤差剖析
摘要:液位測量辦法有很多種,，其中雷達(dá)液位計以其耐磨損,、耐老化功能高、測量分辨率初等優(yōu)點在工業(yè)中失掉了普遍使用。現(xiàn)引見非接觸式雷達(dá)液位計的任務(wù)原理,，并就介質(zhì)的溫度、壓力和成分惹起的非接觸式雷達(dá)液位計誤差停止重點剖析,，zui初依據(jù)某電廠的使用實例對非接觸式雷達(dá)液位計停止了誤差剖析,。
0引言
雷達(dá)液位計是應(yīng)用電磁波在被測物料面上的反射及其在空間的行程工夫來測量物位的，其抗攪擾功能好,、耐低溫高壓、耐老化功能好,、裝置方便且精度高,，所以使用越來越普遍。隨著液位測量技術(shù)的開展,，雷達(dá)液位計己逐步成爲(wèi)主流的工業(yè)液位計之一,，并普遍使用于電力范疇，對該類儀表的誤差剖析,，有助于研討目前雷達(dá)液位計在電廠設(shè)計中使用的合感性,，并可指點電廠設(shè)計任務(wù)。
1,、非接觸式雷達(dá)液位計測量原理
雷達(dá)液位計周期性地向被測物料面發(fā)射電磁波脈沖,，當(dāng)接納到被測物料面上反射回來的回波后，測量兩者工夫差,，即電磁波脈沖的行程工夫,，來計算物料面的間隔，如圖1所示,，即:
h=H-t/2(1)式中,，h爲(wèi)液位;H爲(wèi)罐高;:爲(wèi)電磁波速度;t爲(wèi)電磁波脈沖從發(fā)射到接納到回波的行程工夫。
雷達(dá)液位計原理表示圖
2,、非接觸式雷達(dá)液位計的誤差剖析
由式(1)可以看出,，液位h和罐高H是固定的，電磁波脈沖工夫t次要取決于液位計自身的元器件質(zhì)量和回波處置軟件等,，因而,，惹起雷達(dá)液位計誤差的次要要素是電磁波在介質(zhì)中的傳達(dá)速度。
2.1電磁波的傳達(dá)速度
電磁波在真空中的傳達(dá)速度由下式給出:
式中,，Go爲(wèi)電磁波在真空中的傳達(dá)速度,，Eo爲(wèi)真空介電常數(shù)，Uo爲(wèi)真空磁導(dǎo)率,。
介電常數(shù)E是介質(zhì)的一個特性,，它影響電荷互相作用力的大小，介電常數(shù)越大,，兩個電荷之間的作用力越小,。真空中的介電常數(shù),。0=8.854 X 10-12 F/m。某種介質(zhì)的介電常數(shù)對真空介電常數(shù)的比被稱爲(wèi)介電常數(shù)Er,，它是一個無量綱的參數(shù),，即:
在使用電磁波來檢測物位時，被測物料的介電常數(shù)一是十分重要的,，它會影響到電磁波的傳達(dá)速度,，關(guān)于介電一常數(shù)低的被測物料，局部電磁波能量將穿入物料,，剩下的局部能量將從料面上反射,。當(dāng)介電常數(shù)Er<2時，非接觸式雷達(dá)液位計將難以完成測量,。
電磁波的磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量對電磁波的速度影響次要表現(xiàn)在磁導(dǎo)率U,，磁導(dǎo)率Ur是介質(zhì)內(nèi)磁導(dǎo)率U與真空磁導(dǎo)率Uo的比。就電磁波在非磁性氣體和蒸汽中的傳達(dá)速度而言,，磁導(dǎo)率的影響微乎其微,，而與介電常數(shù)相比，它對電磁波的反射也沒有本質(zhì)的影響,。關(guān)于在被測物料上方的非磁性氣體,，其磁導(dǎo)率Ur=1。
由于不同介質(zhì)的介電常數(shù)不同,，因而電磁波在其內(nèi)的傳達(dá)速度也不一樣,，某一介質(zhì)中的傳達(dá)速度由下式給出:
式中，C爲(wèi)電磁波在介質(zhì)中的傳達(dá)速度;Co爲(wèi)電磁波在真空中的傳達(dá)速度;Er爲(wèi)介電常數(shù);Ur爲(wèi)磁導(dǎo)率,。
2.2 誤差剖析
關(guān)于非接觸式雷達(dá)液位計,，氣相介質(zhì)的溫度、壓力,、氣體成分等參數(shù)變化會惹起電磁波傳達(dá)速度變化,，由于傳達(dá)介質(zhì)的介電常數(shù)會變化，從而惹起雷達(dá)液位計誤差,。氣相介質(zhì)的介電常數(shù)由下式給出:
式中,，Er爲(wèi)氣相介質(zhì)的介電常數(shù);ErN爲(wèi)介質(zhì)在規(guī)范形態(tài)下一的介電常數(shù);Tn爲(wèi)規(guī)范形態(tài)下的溫度，即273 K;Pn爲(wèi)規(guī)范形態(tài)下的壓力,，即100 kPa ; T爲(wèi)進(jìn)程溫度;P爲(wèi)進(jìn)程壓力,。
式((5)中，一些常用氣體在規(guī)范形態(tài)下的介電常數(shù)如表1所示,。
將式(5)代入式(4)中,，便失掉在實踐工況下，電磁波在氣相介質(zhì)中的傳達(dá)速度爲(wèi):
公式6
常用氣體在規(guī)范形態(tài)下的介電常數(shù)Er n
由式(5)和式(6)，就可以依據(jù)實踐的工況條件,，即氣相介質(zhì)的溫度,、壓力、氣體成分等參數(shù),，計算出不同氣相介質(zhì)的介電常數(shù)和電磁波的傳達(dá)速度,，從而計算出雷達(dá)液位計在實踐工況條件下的誤差，同時可以獨自剖析進(jìn)程溫度和壓力的變化惹起的誤差,。
3 某電廠設(shè)計中非接觸式雷達(dá)液位計誤差剖析
從某電廠設(shè)計文件的信息中可以看出,，非接觸式雷達(dá)液位計次要使用在罐體和地坑中，大局部儀表的測量精度要求爲(wèi)士2.5%,。上面以其中某零碎的水箱液位測量爲(wèi)例,，就某電廠設(shè)計中的非接觸式雷達(dá)液位計停止誤差剖析。
3.1狀況引見
某零碎的水箱液位測量選用非接觸式雷達(dá)液位計,，當(dāng)液位降至低整定值時，翻開補(bǔ)水閥門,，當(dāng)液位升至高整定值時,，封閉補(bǔ)水閥門。儀表次要數(shù)據(jù)狀況如表2所示,。
某零碎非接觸式雷達(dá)液位計的次要數(shù)據(jù)
儀表的測量環(huán)境良好,，無泡沫、粉塵,、液面動搖,、結(jié)晶等狀況，依據(jù)電廠zui終選用儀表的相關(guān)材料,，采用儀表的精度可以到達(dá)士2 mm.
3.2儀表誤差剖析
罐體的上部介質(zhì)是氮氣,，由表1中數(shù)據(jù)可以查得，氮氣在規(guī)范形態(tài)下的介電常數(shù)ErN爲(wèi)1.000 576,，進(jìn)程相對壓力P爲(wèi)1.134 kPa,，進(jìn)程溫度T爲(wèi)65.6 0C，即338.6 K,，將以上數(shù)據(jù)代入式(5)和式((6),，失掉儀表在實踐工況下的介電常數(shù)和電磁波傳達(dá)速度:
通常雷達(dá)液位計是在規(guī)范形態(tài)下的空氣中校準(zhǔn)的，則校準(zhǔn)時,，介質(zhì)的介電常數(shù)由表1可查得爲(wèi)1.000633,，代入式(4)，可求得校準(zhǔn)的電磁波傳達(dá)速度爲(wèi):
由以上計算剖析可以得出,，只需供貨商可以保證儀表自身元器件和處置軟件的質(zhì)量,，并保證儀表在現(xiàn)場正確裝置，依據(jù)實踐工況條件，儀表可以滿足其給出的士2mm的精度保證,，同時儀表選型也滿足工藝要求的士2.5%精度,。以上剖析也證明了非接觸式雷達(dá)液位計的精度的確比擬高，適用于很多精度要求高的場所,。
4 結(jié)語
本文引見了非接觸式雷達(dá)液位計的任務(wù)原理,，并就介質(zhì)的溫度、壓力和成分惹起的非接觸式雷達(dá)液位計誤差停止了重點剖析,，zui初依據(jù)某電廠的使用實例對非接觸式雷達(dá)液位計停止了誤差剖析,，有助于研討目前雷達(dá)液位計在電廠中使用和選型的合感性。
本文的某電廠非接觸式雷達(dá)液位計誤差剖析實例中,，環(huán)境條件無泡沫,、粉塵、液面動搖,、結(jié)晶等狀況,，因而儀表自身的任務(wù)環(huán)境條件很好，在其他雷達(dá)液位計使用場所,，假如環(huán)境條件比擬惡劣,，或許裝置罐體和地坑的構(gòu)造復(fù)雜，再或許裝置方式不當(dāng),，都有能夠?qū)走_(dá)液位計的精度發(fā)生影響,，因而在后續(xù)剖析中可以針對詳細(xì)狀況，在本文的剖析辦法根底之上,，思索其他要素的影響,。