1 雷達(dá)液位計原理

雷達(dá)液位計采用發(fā)射—反射—接收的工作模式。雷達(dá)液位計的天線發(fā)射出電磁波，這些波經(jīng)被測對象表面反射后，再被天線接收，電磁波從發(fā)射到接收的時間與到液面的距離成正比，關(guān)系式如下：

D=CT/2

式中：D——雷達(dá)液位計到液面的距離；C——光速；T——電磁波運行時間。

 

雷達(dá)液位計記錄脈沖波經(jīng)歷的時間，而電磁波的傳輸速度為常數(shù)，則可算出液面到雷達(dá)天線的距離，從而知道液面的液位。

 

由于雷達(dá)波以光速傳播C=2.9979×108m/S，1m的

 

電磁波往返時間為6.6nS。對于油罐這種相對高度不大的測量對象而言，要求分辨率極高，所以測量反射時間幾乎不可能。為此需要采用時間延長技術(shù)，目前多采用調(diào)頻連續(xù)波技術(shù)解決[1]。如圖1所示：發(fā)射頻率隨時間線性增加，增加的斜率為k。由于回波信號頻率的滯后，使得反射頻率與發(fā)射信號頻率之間的差頻為△f=k△T，將以上兩式合并后可以得到：

D=C×△f/2k

顯然將時間差的測量轉(zhuǎn)換為了頻率差的測量，增加了測試的技術(shù)難度，增加了精度系數(shù)。

 

2 常規(guī)校準(zhǔn)方式

由于雷達(dá)液位計一般測試距離多在2-10m或大于10m，在試驗室很難模擬校準(zhǔn)需要的距離，所以雷達(dá)液位計多采用在線校準(zhǔn)方式。雷達(dá)液位計在線校準(zhǔn)利用現(xiàn)場工藝條件，通過液位的改變，比較雷達(dá)液位計輸出值和實際檢尺測量值或其他形式液位測量值。依據(jù)《液位計計量檢定規(guī)程》對雷達(dá)液位計進(jìn)行多點或單一點（后面詳細(xì)說明單一點的可行性）的校準(zhǔn)，然后通過調(diào)試軟件對其進(jìn)行調(diào)試，使其達(dá)到測量精度要求。雷達(dá)液位計的常規(guī)在線校準(zhǔn)方式可以保證按照規(guī)程要求進(jìn)行，同時在線校準(zhǔn)將工藝干擾及安裝誤差因素同時進(jìn)行了校準(zhǔn)，應(yīng)此雷達(dá)液位計的實際測量精度還用高于實驗室校準(zhǔn)[2]。但是在線常規(guī)校準(zhǔn)要利用現(xiàn)場工藝條件，在校準(zhǔn)期間現(xiàn)場工藝設(shè)備-儲罐或反應(yīng)罐要停產(chǎn)，嚴(yán)重影響現(xiàn)場工藝生產(chǎn)。同時現(xiàn)場液位改變受工藝條件影響，穩(wěn)定時間過長，所以在線常規(guī)校準(zhǔn)時間通常較長。檢尺測量或其他形式液位測量也受現(xiàn)場安全及技術(shù)影響使其受到制約。

 

3 參考點校準(zhǔn)方式

由于在線常規(guī)校準(zhǔn)受工藝條件影響過多，故我們探討參考點校準(zhǔn)方式。參考點校準(zhǔn)即為通過設(shè)置一個參考的反射點，對雷達(dá)液位計進(jìn)行單點的校準(zhǔn)。實際運行為：在雷達(dá)液位計的波束滿量程位置設(shè)置1個反射原件，反射原件與雷達(dá)液位計的距離精確測量[3]。在校準(zhǔn)時，通過雷達(dá)液位計對參考點的實際測量與已知數(shù)值的比對，通過比對值調(diào)試校準(zhǔn)雷達(dá)液位計。參考點的設(shè)置，位于滿量程處有兩點好處：1）一般工藝液位不會達(dá)到滿量程，所以校準(zhǔn)時可以不影響正常生產(chǎn)；2）滿量程處距離短，反射強(qiáng)度高，這樣反射原件可以做的足夠小，減少反射物的干擾，保證實際測量液位反射波的強(qiáng)度。

 

參考點的設(shè)置不宜過多，過多則干擾正常的液面反射波強(qiáng)度。由雷達(dá)液位計的測量原理可知：距離誤差是由T或△f引起的，在滿量程位置設(shè)置參考點則T或△f應(yīng)所測量值非常小，亦即測量難度非常大，相對應(yīng)的誤差應(yīng)為全量程中非常大值[4]。所以在參考點對取得T的電氣原件進(jìn)行數(shù)值/系數(shù)修正是可以滿足全量程誤差精度要求的。同時我們考慮電氣檢測原件在全量程測量是體現(xiàn)線性誤差的，則在參考點位置單點調(diào)試、數(shù)據(jù)修正是可行的。正如壓力表在單點定值對全量程線性誤差產(chǎn)生修正作用，單一參考點數(shù)值修正在雷達(dá)液位計的校準(zhǔn)上是可行的[5]。

 

雷達(dá)液位計要做到參考點校準(zhǔn)，將參考點設(shè)置在滿量程處是非常必要的。一般智能儀表都有滿量程和零點調(diào)整，我們可以利用滿量程調(diào)整選項對雷達(dá)液位計進(jìn)行參考點校準(zhǔn)，而不必再增加其他功能。同時利用智能儀表的顯示功能和濾波功能，在校準(zhǔn)完成后，將參考點的反射波屏蔽或標(biāo)注，使之不對工藝界面反射波產(chǎn)生影響。此項功能在E+H，EMERSON等廠家的雷達(dá)液位計調(diào)整功能中顯著應(yīng)用，圖2為正常及干擾波形的顯示，可通過此功能將參考點反射波標(biāo)注及消除。

參考點在線校準(zhǔn)可以在不影響生產(chǎn)的情況下進(jìn)行，減少了對工藝的影響和校準(zhǔn)時間。但是參考點校準(zhǔn)是單點校準(zhǔn)，僅對線性誤差具有數(shù)值修正作用。參考點校準(zhǔn)不能對工藝波動，泡沫等非線性誤差進(jìn)行校準(zhǔn)，所以校準(zhǔn)時要具體考慮現(xiàn)場工藝條件。

 

4 現(xiàn)場應(yīng)用

通過上面的章節(jié)可以看出參考點校準(zhǔn)法相對于標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)法有安裝方面的限制，以及雷達(dá)液位計要有相應(yīng)的功能等諸多限制。那么我們廣大化工企業(yè)為什么還要應(yīng)用參考點校準(zhǔn)法那？我們先通過對比參考點校準(zhǔn)法和標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)法的特點加以分析。

通過表1我們可以輕松的得出“參考點校準(zhǔn)法經(jīng)濟(jì)性極佳”的結(jié)論。校準(zhǔn)時間上參考點校準(zhǔn)法不需要關(guān)停工藝流程，且實際的校準(zhǔn)時間也較標(biāo)準(zhǔn)方法大為壓縮�？梢哉f時間就是金錢，更不用說不停產(chǎn)帶來的直接收益。

 

5 結(jié)論

通過上述分析，我們可以得出：在線常規(guī)校準(zhǔn)精度中等，未充分考慮工藝干擾。在工藝復(fù)雜和罐體制約參考點的場合，要依據(jù)常規(guī)方式校準(zhǔn)，但要在設(shè)備設(shè)計之初，充分考慮校準(zhǔn)的條件。在設(shè)備建造時保證量尺或其他液位測量方式的方便性，或者在條件允許下建

設(shè)設(shè)備的并聯(lián)管（并聯(lián)管是對工藝影響非常小的液位測量方式）。而在精度要求高，同時工藝流程不會影響參考點的儲罐可以考慮參考點校準(zhǔn)方式。雷達(dá)液位計參考點校準(zhǔn)法的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢過于明顯，即使具有部分限制情況，仍然廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)的罐容、液位校準(zhǔn)。