脉冲雷达液位计的应用及误差分析

    脉冲雷达液位计是利用微波测量技术,采用回波定位法测量液位的非接触式物位仪表。该类物位仪表由于测量原理简单、精度高、无测量盲区、无可动部件,且不受被测介质温度和粉尘性质的限制,故已广泛地应用在高黏度、强腐蚀、高污染性、有毒介质以及产品罐区的物位测量,并已从物位测量领域延伸到国际贸易间的物料收付计量领域,得到了国际计量机构的认证。

    现结合LPG储罐的工程设计,对其测量误差分析,工程应用进行介绍。

    1　雷达液位计的测量原理和数学关系

    1.1　雷达液位计的测量原理

    雷达液位的测量原理很简单。它是通过测量雷达发射波和液面反射波之间的某种参数关系,实现液位测量。其测量方法大体可分为两类。

    一类是通过测量发射波和液面反射波之间的运行时间差,实现物位测量,其发射频率是固定频率;另一类是通过测量发射波和液面反射波间的频率差,实现物位测量,其发射频率不是固定频率而是一个等幅调频波。

    1.2　液位与测量中相关参数的数学关系

    为说明雷达液位计测量液位中的相关参数间的数学关系,现以“时差法测量物位”的雷达液位计为例(见图1)加以说明。

    由图1知,被测介质的高度H2与罐高H1及雷达电磁波传播距离H三者的关系为

    H₂=H₁-H                 (1)

    而雷达液位计从发射波到探头接收到反射波的时间差与H的关系

    T=2H/C₀               (2)

式中　C₀———雷达电磁波的传播速度(空气中),3×10⁸m/s;

    T———从发射波到探头接收到反射波的时间差。

    由式(2)可以得到被测介质液位高度和雷达电磁波运行时间差的关系式为

    H₂=H₁-C₀T/2               (3)

    雷达液位计在工况条件下测量液位,电磁波不是在空气和真空理想状态下运行,故雷达电磁波运行速度C不等于C0,必须根据介质相对导磁率和+相对介电常数进行修正,修正公式如下

    C=C₀/(4)

    μ_r=μ_介质/μ₀

式中　μ_r———介质相对导磁率;

    μ_介质———介质导磁率;