导波雷达液位计在液位测量中的应用

　　物料液位是工业生产中的一个重要参数，测量液位的方法有很多^[1]，针对不同的工况和介质可以使用不同测量原理的液位计^[2]。吹气法、差压式、浮球式、电容法、超声波等常用的液位测量仪表都有各自的特点和应用范围。导波雷达液位计(Guided　Wave　Radar，GWR)由于具有先进的雷达测量技术，测量时不受介质、温度、惰性气体、蒸汽、粉尘及泡沫等影响，测量长度可灵活变更，测量结果精度较高，故在液位测量中发挥着越来越重要的作用。

　　1　导波雷达液位计的测量原理

　　GWR是依据时域反射原理为基础的雷达液位计。雷达液位计的电磁脉冲波以光速沿着波导体(探头)向下传送，当遇到被测介质表面时，部分脉冲被反射形成回波并沿相反路径返回到脉冲发射装置，用超高速计时电路(电子表头)精确地测量出脉冲波的传导时间，而发射装置与被测介质表面的距离同传导时间成正比，经计算就可得到液位高度^[3-4]。

　　脉冲发射装置发射的电磁波信号到达介质表面并返回时，信号会衰减。此时，信号强度与介质的介电常数成正比^[5]，介电常数越大，反射信号越强;反之，反射信号越弱。目前，Magnetrol公司的GWR可用于测量最低介电常数为1.4的介质液位。另外，高导电性介质(如水)产生较强的反射脉冲;而低导电性介质(如烃类)产生较弱的反射脉冲，低导电性介质使得某些电磁波能沿探头(波导体)穿过液面向下传播，直至完全消散或被一种较高导电性的介质反射回来。根据这一特点，可采用GWR测量两种液体的界面(如油/水界面)，条件是界面下的液体介电常数应远大于界面上液体的介电常数。

　　2　导波雷达液位计的组成

　　GWR主要包括液位计电子表头、过程连接和探头3个部分，如图1所示。其中，过程连接包括法兰连接及螺纹连接2种，图1所示为法兰连接。GWR适用于测量绝大部分过程容器和储罐、连接容器和旁路容器的液位，测量的温度和压力限制在探头的额定温度和压力范围内。Magnetrol公司的GWR适用的介质温度可达400℃，其压力可高达34.45Pa(5000psig)。另外，如果工艺过程温度过高，还可将GWR装在容器的旁路管中，这样能起到一定的降温作用。

　　3　GWR探头与旁路管

　　3.1　探 头

　　在实际应用中，GWR探头的选择十分重要.探头主要有同轴式、双杆式(硬缆或软缆)和单杆式(硬缆或软缆)3种^[6-7]，如图2所示。

　　同轴式探头是所有探头配置中最有效的，且在所有应用场合中应首先考虑使用，但是该种探头的长度应控制在5m内，否则不便于运输和安装(一般情况下，若测量范围超过3m，则建议使用软缆式的探头)。若流体有较大的波动，建议使用同轴式探头和硬杆式探头，因为它们具有一定的抗震性;若波动或测量范围太大则必须用软缆式探头，以便在探头外另加保护套管。值得注意的是，为保证信号传输过程中不受障碍物的干扰，除同轴式探头外，其他类型的探头都有一定的空间要求。