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雷達(dá)液位計(jì)產(chǎn)品構(gòu)造說明以及常見的故障處理方法
雷達(dá)液位計(jì)是一種利用電磁波傳播過程中折射性和快速性而研發(fā)的空間測(cè)距電子儀器,,***初用于國防及航空導(dǎo)航。隨著科學(xué)技術(shù)的推廣,,雷達(dá)測(cè)距技術(shù)逐漸轉(zhuǎn)向到工業(yè)和民用領(lǐng)域,,并衍生出眾多類型的產(chǎn)品,其中應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中液位測(cè)量的雷達(dá)液位計(jì)就是應(yīng)用量特別大的一個(gè)類別。相較與其他類型的液位計(jì),,雷達(dá)液位計(jì)測(cè)量精度相當(dāng)較高,,無可動(dòng)部件,安裝方便,,使用壽命長,,日常維護(hù)工作量小,因此在許多的工農(nóng)業(yè)測(cè)量場(chǎng)合得到應(yīng)用,。但是難免也會(huì)遇到一些問題,。為了幫助用戶正確了解雷達(dá)液位計(jì)產(chǎn)品特性,熟悉雷達(dá)液位計(jì)的工作特點(diǎn),,掌握在實(shí)際使用中的常見故障的解決方法,,相信此文會(huì)對(duì)您在使用會(huì)有所幫助。
一,、雷達(dá)液位計(jì)測(cè)量原理
雷達(dá)液位計(jì)的測(cè)量原理和軍工中的雷達(dá)一樣,,都是通過電磁波的直線傳播特性測(cè)量周圍空間的凈空距離,即被測(cè)物體距離雷達(dá)的直線空間距離,,具體到工業(yè)生產(chǎn)中就是液體的液面到雷達(dá)天線的空高,。通過對(duì)雷達(dá)液位計(jì)組態(tài)可設(shè)定雷達(dá)天線到容器底部的垂直距離,根據(jù)已經(jīng)測(cè)得的液面空高就可計(jì)算出液體的液位高度,。
測(cè)量原理公式為H=L-CT/2
C為電磁波的波速即光速,, T為電磁波從發(fā)射到接收所用到的時(shí)間,L為雷達(dá)天線距離容器的***低端的垂直高度,,H為被測(cè)液體的高度,。
工業(yè)中的液位檢測(cè)不同于軍工航空動(dòng)輒幾十上百千米的空間測(cè)距,生產(chǎn)中的液位檢測(cè)距離都較小,,高范圍的儲(chǔ)罐液位檢測(cè)也就一二十米的垂直高度,,這樣的距離空間相對(duì)于光速傳播的電磁波來說可以忽略不計(jì),于是上述的測(cè)量方式很難實(shí)現(xiàn),,因?yàn)槿祟悷o法制造出不用時(shí)間的電路處理儀表,。
為使雷達(dá)測(cè)距應(yīng)用于工業(yè)中的液位檢測(cè),生產(chǎn)廠商使用了高頻的無線電波,,使用線性調(diào)頻連續(xù)測(cè)距的方法,,讓天線發(fā)射的電磁波的頻率隨著時(shí)間進(jìn)行改變,接收器接收到的反射電磁波頻率與此時(shí)的天線發(fā)射頻率是不同的,,通過計(jì)算兩者的頻率差,,換算得出電磁波在空間傳播的時(shí)間,從而能夠計(jì)算出被測(cè)液位的高度,。
二,、雷達(dá)液位計(jì)的產(chǎn)品構(gòu)造
不同廠商所生產(chǎn)的雷達(dá)液位計(jì)形式各異,,但總體的部件大體是一致的,其主要包括電路部分(雷達(dá)波發(fā)生器,、信號(hào)檢測(cè),、信號(hào)處理),天線及接收器和安裝附件表體三大部分,。根據(jù)天線的不同,,雷達(dá)液位計(jì)可分為導(dǎo)波雷達(dá)和普通雷達(dá)兩大類型。
導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)
導(dǎo)波雷達(dá)是在電磁波發(fā)射器的下方安裝了一個(gè)金屬導(dǎo)波體,,讓高頻的無線電波沿著金屬體垂直向下傳播,,當(dāng)電磁波碰到被測(cè)物質(zhì)的液面時(shí),電磁波會(huì)在接觸面反射,,沿著波導(dǎo)體垂直的返回到雷達(dá)液位計(jì)天線內(nèi)部的接收器中,,然后處理電路進(jìn)行分析計(jì)算,得出被測(cè)液體的液面高度,。根據(jù)金屬導(dǎo)波體的不同,,導(dǎo)波雷達(dá)又分為纜式和桿式兩大類。
纜式導(dǎo)波雷達(dá)的導(dǎo)波體為一個(gè)柔性的不銹鋼金屬繩,,其末端栓一金屬重物,,以保證金屬繩在被測(cè)液體中垂直的伸入到容器底部,防止金屬繩在使用中漂浮擺動(dòng)而彎曲,。這樣結(jié)構(gòu)的雷達(dá)液位計(jì)主要用于底下罐,、零位罐等地面以下的液位測(cè)量中。
桿式導(dǎo)波雷達(dá)的波導(dǎo)體根據(jù)導(dǎo)波桿及天線的不同又分為很多種,,有金屬桿式的導(dǎo)波雷達(dá),,有通過金屬管的喇叭天線式的導(dǎo)波雷達(dá),有帶有旁通測(cè)量筒的導(dǎo)波雷達(dá),。這些導(dǎo)波雷達(dá)主要用于高出地面的儲(chǔ)罐液位測(cè)量或生產(chǎn)設(shè)備塔器儲(chǔ)罐可以側(cè)裝旁通管的液位測(cè)量,。
普通雷達(dá)液位計(jì)
普通雷達(dá)液位計(jì)的天線,,只是一個(gè)電磁波的發(fā)射接受裝置,,其電磁波發(fā)射后通過氣相自由傳播,由于雷達(dá)液位計(jì)電磁波為高頻的微波信號(hào)發(fā)散傳播性差,,而且被測(cè)液體距離雷達(dá)液位計(jì)的高度小,,其電磁波傳播過程可看成垂直傳播,因此這種雷達(dá)液位計(jì)滿足液位測(cè)距要求,。相對(duì)于導(dǎo)波雷達(dá)少了導(dǎo)波體節(jié)省費(fèi)用方便安裝,,在儲(chǔ)罐等較高液位測(cè)量中得到大量的應(yīng)用。
根據(jù)天線的不同生產(chǎn)廠商制作了不同型號(hào)的雷達(dá)液位計(jì),,以適應(yīng)不同工況環(huán)境,。廠里使用的普通雷達(dá)液位計(jì)的天線有喇叭口,、水滴形(防液體揮發(fā)凝結(jié))、偏心型(防多重反射電磁波干擾),、寬口喇叭口(防氣相介質(zhì)衰減電磁波)四種類型,。
普通雷達(dá)液位計(jì)主要用在儲(chǔ)罐液位檢測(cè)中,現(xiàn)場(chǎng)安裝及天線如圖:
根據(jù)雷達(dá)液位計(jì)處理電路的復(fù)雜程度,,雷達(dá)液位計(jì)分為單路測(cè)量的普通模式和多重處理信號(hào)的總線模式,。多重信號(hào)處理不僅能處理雷達(dá)電磁波測(cè)距的液位信號(hào)也可處理熱電阻的溫度測(cè)量信號(hào),并可通過總線的方式把多臺(tái)雷達(dá)液位計(jì)連接起來,,通過一根總線遠(yuǎn)傳到控制室內(nèi),。適用于儲(chǔ)罐眾多布局分散的大中型儲(chǔ)罐系統(tǒng)的液位測(cè)量,節(jié)約了傳輸線纜的鋪設(shè)和費(fèi)用,。
雷達(dá)液位計(jì)故障分析及處理
雷達(dá)液位計(jì)從測(cè)量原理上看是一種高精度的測(cè)距儀表,,雷達(dá)液位計(jì)制造廠商也大肆介紹雷達(dá)液位計(jì)的優(yōu)點(diǎn),如可用于工藝過程中揮發(fā)性氣體,、高溫,、高壓、蒸汽,、真空及高粉塵等惡劣環(huán)境的要求,,可對(duì)不同料位進(jìn)行連續(xù)測(cè)量,但實(shí)際使用中雷達(dá)液位計(jì)常出現(xiàn)很多問題甚至失靈無法使用,。
雷達(dá)液位計(jì)電磁波選取依據(jù)
由雷達(dá)液位計(jì)的測(cè)量原理可見,,雷達(dá)液位計(jì)測(cè)量過程中的核心是電磁波傳播過程中頻率波的改變范圍,因此天線所接受的雷達(dá)波的頻率,,是液位測(cè)量的關(guān)鍵依據(jù),。
雷達(dá)液位計(jì)在使用中天線到被測(cè)液體的液面的空間凈空中,充斥著各種頻率的電磁波,,這些電磁波大部分都會(huì)通過各種反射,、折射傳播到天線內(nèi)部的接收器中,因此雷達(dá)液位計(jì)的接收器接收到的電磁波是一系列的大量的不同頻率的電磁波,。
怎樣從這雜亂的電磁波中選出真實(shí)的液面反射來的電磁波,,是雷達(dá)液位計(jì)能否準(zhǔn)確測(cè)量液位的關(guān)鍵,這就需要一個(gè)選頻電路,。選頻電路選擇的依據(jù)是根據(jù)接受到的電磁波的能量來進(jìn)行衡量,。
電磁波在傳播過程中受氣相介質(zhì),被測(cè)介質(zhì)的反射折射,,金屬容器壁等物質(zhì)的碰撞吸收,,能量會(huì)不斷減弱,反射的次數(shù)越多能量損失越大,,經(jīng)過的距離越長能量損失越大,。由于電磁波是垂直于被測(cè)液體的液面發(fā)射,,其電磁波在被測(cè)液面的反射率***大(折射率***小),,可近似為全反射,,其在被測(cè)液體液面的能量損失,是所有電磁波回波損失***小的,。垂直于被測(cè)液面的空間距離是所有電磁波傳播中***短的距離,,這個(gè)反射的電磁波在氣相空間傳播中能量損失也是***小的,由此兩點(diǎn)被測(cè)液位反射回來的電磁波的能量是所有電磁波頻譜中***大的,,由此雷達(dá)液位計(jì)的選頻電路得出被測(cè)液體的空高,,從而計(jì)算得出被測(cè)液體的高度。
三,、雷達(dá)液位計(jì)在使用過程中會(huì)遇到哪些問題
雷達(dá)液位計(jì)電磁波選頻可以知道,,返回接收器的電磁波的能量大小是雷達(dá)液位計(jì)選用電磁波頻率的依據(jù),從而決定著雷達(dá)液位計(jì)測(cè)量的準(zhǔn)確性,。如果正常使用中,,被測(cè)液體所反射的電磁波的能量不是***高的電磁波,那么雷達(dá)液位計(jì)就會(huì)選用其他的不真實(shí)的電磁波頻譜,,此時(shí)就會(huì)造成被測(cè)液位失真,。
造成這種現(xiàn)象的原因,大體可以歸為以下幾點(diǎn):
(一),、被測(cè)液體與雷達(dá)天線之間的凈空中有較大面積的反射物,,致使電磁波在到達(dá)液面之前被反射。造成這種現(xiàn)象的原因主要為:
1,、被測(cè)容器內(nèi)部有攪拌器,、加熱盤管、管線等金屬物體,,如果這些金屬體裸露在被測(cè)液體的外部,,而且正處于電磁波垂直傳播的方向,如攪拌機(jī)旋轉(zhuǎn)中的漿液轉(zhuǎn)動(dòng),,就會(huì)造成電磁波被提前反射回來,,而造成被測(cè)液位偏高。
2,、雷達(dá)液位計(jì)安裝地點(diǎn)距離容器壁太近或不垂直與被測(cè)液面,,使電磁波在傳播中照射到容器內(nèi)壁而提前反射回來,;電磁波在被測(cè)液面反射過程中沒有原路返回(斜射時(shí)),,致使雷達(dá)液位計(jì)檢測(cè)不到反射電磁波;液面反射的電磁波經(jīng)多重反射能量損失過多,,而沒有被選頻電路選中,,以上多種情況造成雷達(dá)液位計(jì)測(cè)量失真,。
(二)、波導(dǎo)體(繩纜,、桿)上有掛料,,電磁波沿著波導(dǎo)體傳播中,在沒有到達(dá)液面前遇到波導(dǎo)體上面的掛料而反射回來,,產(chǎn)生虛假液位,。安裝的波導(dǎo)管不垂直與雷達(dá)液位計(jì),造成電磁波斜射到波導(dǎo)管的內(nèi)壁,,而產(chǎn)生如同容器內(nèi)壁一樣的反射或多重反射而使測(cè)量失真,。
(三)、被測(cè)液體與雷達(dá)天線之間的凈空中,,氣相介質(zhì)蒸汽濃度太大,,致使電磁波在空間傳播中,能量損失太大,,甚至反射波根本到達(dá)不了雷達(dá)液位計(jì)的接收器,。
被測(cè)液體有加熱要求,上部安裝攪拌機(jī)的情況下尤其嚴(yán)重,,由于被測(cè)液體在加熱攪拌中不斷有蒸汽揮發(fā),,會(huì)造成液面以上的空間中充滿了高濃度的介質(zhì)蒸汽,其微小的液體顆粒不僅對(duì)電磁波產(chǎn)生漫反射而且會(huì)吸收大量的電磁波能量,,使電磁波出現(xiàn)很大衰減,,造成雷達(dá)天線無法接受回波信號(hào)。
被測(cè)液體揮發(fā)附著在天線上,,造成雷達(dá)失靈甚至天線損壞,。
被測(cè)液體中含有水份時(shí),揮發(fā)的水蒸氣對(duì)于電磁波的吸能更加嚴(yán)重,。由于水汽具有易冷凝的特性,,氣相空間含有的水汽在罐頂罐壁附近會(huì)逐漸冷凝,積聚在一起形成較大的水汽滴,,充斥在液位上方的空間里,,對(duì)于電磁波具有強(qiáng)烈的吸能作用,致使電磁波的能量衰減過大無法到達(dá)雷達(dá)接收器,,造成雷達(dá)液位計(jì)*失去工作能力,。
(四)、雷達(dá)液位計(jì)天線附著物,,致使電磁波剛剛發(fā)射出就被反射回來,,甚至根本發(fā)射不出去。這樣的狀況即使使用防凝結(jié)的水滴形天線,,也無法避免雷達(dá)液位計(jì)的突然失靈,。
雷達(dá)液位計(jì)天線附著贓物是被測(cè)介質(zhì)揮發(fā)的升級(jí)加重,,被測(cè)液體凈空中大量充斥著氣相蒸汽,其會(huì)附著在雷達(dá)液位計(jì)的天線上,,特別是易冷凝的高粘介質(zhì),,雷達(dá)液位計(jì)安裝在儲(chǔ)罐頂部溫度較低,揮發(fā)的介質(zhì)蒸汽極易在雷達(dá)天線上凝析附著,,造成電磁波發(fā)射困難,,情況嚴(yán)重時(shí)介質(zhì)甚至在天線上結(jié)焦,損壞天線,。
同樣被測(cè)介質(zhì)含有水份時(shí),,水汽易在天線上附著,致使電磁波發(fā)射不出去,,使雷達(dá)液位計(jì)*失靈,。
(五)、雷達(dá)液位計(jì)電路中的保護(hù)措施,。
雷達(dá)液位計(jì)是一種高科技的測(cè)量儀表價(jià)格昂貴,,處于對(duì)儀表本身安全防護(hù)的需要,制造廠商普遍在電路中設(shè)置了很多保護(hù)措施,,如超溫保護(hù),、低電壓保護(hù),高液位保護(hù),,運(yùn)行故障保護(hù)以及數(shù)據(jù)保持,,錯(cuò)誤鎖定等液位檢測(cè)防護(hù)措施。這些防護(hù)措施在日常使用中,,如果雷達(dá)液位計(jì)出現(xiàn)問題,,安全保護(hù)就會(huì)動(dòng)作,造成雷達(dá)液位計(jì)停止工作,,此時(shí)需要查找故障原因,,清除恢復(fù)后雷達(dá)液位計(jì)才能正常使用。防護(hù)功能隨廠商不同而設(shè)置,,集成度高的防護(hù)措施多,。如總線式的多功能雷達(dá)液位計(jì),其本身的防護(hù)措施就非常多,,日常維護(hù)要非常熟悉,。
四、雷達(dá)液位計(jì)故障及處理
雷達(dá)液位計(jì)在日常使用中常常會(huì)出現(xiàn)故障,,其出現(xiàn)故障大體分為四種類型:數(shù)據(jù)不變,,數(shù)據(jù)突然***大,數(shù)據(jù)突然為零,數(shù)據(jù)偏離實(shí)際值過大或過小且保持不變,。這些故障沒有*的方法,,只能是出現(xiàn)問題針對(duì)性的進(jìn)行解決,。根據(jù)日常維修維護(hù)的工作經(jīng)驗(yàn),,本著先易后難的順序歸納如下:
1、斷電重啟
雷達(dá)液位計(jì)本身有很多防護(hù)功能,,如果正常運(yùn)行中雷達(dá)液位計(jì)自身出現(xiàn)故障保護(hù),,可進(jìn)行斷電重啟,此時(shí)雷達(dá)液位計(jì)內(nèi)部的故障有可能消除,,重新上電后恢復(fù)正常,。這種處理方法適用于高液位測(cè)量的儲(chǔ)罐雷達(dá)液位計(jì)的維修。畢竟十多米高的儲(chǔ)罐,,爬到罐頂上處理雷達(dá)液位計(jì)不是一個(gè)簡(jiǎn)單的事情,,能在地面解決的先解決。
2,、通過面板消除故障
如果斷電重啟仍然不能消除故障,,要到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際查看故障,通過雷達(dá)液位計(jì)面板首先觀察有無錯(cuò)誤代碼,,有*保護(hù)措施,,如果有通過面板清除,重啟后觀察雷達(dá)液位計(jì)是否正常,。
3,、做空頻譜
雷達(dá)液位計(jì)的測(cè)量原理是檢測(cè)接受到的電磁波頻譜,若被測(cè)液體與雷達(dá)天線之間的凈空中有較強(qiáng)的電磁波反射或干擾,,那么雷達(dá)液位計(jì)極有可能把這反射的雷達(dá)波作為真實(shí)液面的雷達(dá)反射波來處理,,從而得出錯(cuò)誤的液位顯示。
雷達(dá)液位計(jì)空頻譜操作比較簡(jiǎn)單,,可在現(xiàn)場(chǎng)面板處進(jìn)行設(shè)定,,若現(xiàn)場(chǎng)沒有操作面板則需使用帶有雷達(dá)軟件的電腦進(jìn)行操作。現(xiàn)場(chǎng)操作如圖所示:
處理這種故障可利用雷達(dá)液位計(jì)內(nèi)部的軟件功能,,進(jìn)行空頻譜的檢測(cè),。設(shè)定一個(gè)高于實(shí)際液面的空高距離,讓雷達(dá)液位計(jì)檢測(cè)空高中的所有反射的電磁波頻譜,,把那些接收到的高能量的頻譜電磁波在電路中屏蔽濾掉,,就可把真實(shí)的液面反射的電磁波檢波出來,從而得到真實(shí)的液位,。
4,、拆卸雷達(dá)液位計(jì),擦拭天線
這是雷達(dá)液位計(jì)***后的處理步驟,如果前面3種處理方法仍無法消除雷達(dá)液位計(jì)的故障,,則需拆卸雷達(dá)液位計(jì),,查看天線的臟污狀況,并進(jìn)行清洗除污,。之所以這是***后的手段,,是因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)使用的雷達(dá)液位計(jì)所測(cè)介質(zhì)通常含有對(duì)人體有害的物質(zhì),萬不得已不要拆卸,。拆卸雷達(dá)液位計(jì)時(shí),,要做好安全防護(hù)措施,提前找一個(gè)蓋板,,用來堵住雷達(dá)液位計(jì)安裝口,,減少被測(cè)物質(zhì)的蒸汽揮發(fā),必要時(shí)要戴好防毒面具或呼吸器,。
五,、綜述
雷達(dá)液位計(jì)雖然是一種高精度的可以達(dá)到毫米級(jí)的液位檢測(cè)儀表,沒有可動(dòng)部件使用壽命長等優(yōu)點(diǎn),,但實(shí)際使用中會(huì)遇到各種各樣的問題,,這些故障問題不同于其他的液位測(cè)量儀表,偏離真實(shí)值只是一個(gè)很小的范圍,。雷達(dá)液位計(jì)出現(xiàn)問題就是災(zāi)難性的,,不是***大就是***小,不是死數(shù)就是不變,,因此雷達(dá)液位計(jì)在實(shí)際使用中的維修技能必須要熟練掌握,,希望此文對(duì)于使用雷達(dá)液位計(jì)的人員有所幫助。