微波(雷达)液位计的比较与工程选用

    1　引　言

    液位是各种工业过程中的一个重要参数。液位测量方法很多,如:差压式、浮力(筒)式、磁翻转式、磁致伸缩式、射频电容式、超声波式等。通常是利用与被测介质某个物理参数(如介电率、声速度、密度等),相应的液位变化导致某些参量的变化(电容量、传播时间、浮力等)来检测液位。所以液位测量过程与被测介质特性以及工艺环境密切相关。每种测量原理的仪表都有其特定的应用范围。所以液位仪表的选型必须了解仪表本身原理及特点,选择合适的应用场合,才能得到好的效果。近年来微波液位计发展很快,生产厂家,规格,品种都很多,所以了解各种类型的微波液位计的特点对其正确选型及使用是非常重要的。

    2　微波液位计的原理

    微波是频率为1~300 GHz (相应波长为30 cm~1 mm)的电磁波。由于电磁波的传播与超声波(机械波)不同,不受传播介质影响,故具有超声波所不具有的优良性能。在高温、高压、蒸汽、挥发等复杂工况中都能可靠工作。

    微波液位计是利用微波在被测物料面上的反射及传播时间来检测物料面位置,类似于雷达(Radar无线电检测与测距),故又称雷达液位计。天线向被测液位发射微波脉冲,在传播到液面时,由于被测液体的介电率与空气不同,微波在液面上产生反射,回波被天线接收。微波脉冲从发射到接收的行程时间与天线到液面距离(液位)成正比,即:

    h = H-_vt/2

式中　h———液位;H———罐高;v———微波速度;t———微波脉冲从发射到接收到回波的行程时间。

    实用中微波在散状固体料面上也能产生反射,故也能用于测量煤、矿石、粉粒体等散料料位。但在石化行业以液位应用为主。

    3　微波液位计的类型及特点比较

    3.1　天线式微波液位计

    通过天线来发射微波并接收回波,为非接触式测量,也称自由空间雷达(Free Space Radar),是微波液位计的主要形式。常用的天线种类有:绝缘棒式,圆锥喇叭式,抛物面式,平面阵列式等。

    绝缘棒天线采用高分子塑料,如聚丙烯(PP),聚四氟乙烯(PTFE)等材质制成。安装孔尺寸较小,如1.5″NPT(1英寸=25.4 mm),能耐酸、碱腐蚀,耐温能达200℃(PTFE材质),能用于酸碱槽及一般污水处理场合。天线上挂料影响小,缺点是波束角较大约30°。

    锥形喇叭天线一般由316L不锈钢制成,喇叭口尺寸可以从40~200 mm。采用较高频率(如K波段25 GHz)时,波束角较采用较低频率(如C波段5.8 GHz)时要小。所以采用喇叭尺寸也较小。仪表整体尺寸小,安装方便,可以应用的最低介电率也较低(可低至εr≥1.6),加之价格也下降。故高频的微波液位计逐渐成为主流产品。