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导波雷达液位计在严酷环境下的应用概况

发表时间:2020-11-30 14:28作者:上海自动化仪表

随着工业现代化进程的发展,液位测量设备的应用场景越来越多,并且工业环境对于液位测量设备也提出了新的要求。例如,核电站乏燃料水池工况对液位测量设备提出了耐辐照和抗震的要求,大型储油罐工况对液位测量设备提出了安全防爆、高精度(土1-2mm)和大量程(15m)的要求,锅炉汽包工况对液位测量设备提出了耐高温高压、受蒸汽影响小、高可靠、维护量低的要求,此外,还有部分生产环境对液位测量设备提出了可测量低介电常数液体、可测量高粘度液体、受粉尘影响小、受泡沫影响小等的要求。传统的液位计难以满足新出现的越来越多的要求。


在一些高温高压和有大量蒸汽的工况下,如锅炉汽包、高压及水加热器和蒸汽分离器等,想要对液位进行精准可靠的测量是十分困难的。并且由于生产过程中温度和压力会发生频繁的变化,液体和蒸汽的密度也会发生相应的变化。在这样的工况下,对于基于密度(或压力)的液位测量设备,如差压式液位计,如果不进行相关的补偿,会导致测量结果产生很大的误差。对于部分带有补偿功能的液位计,补偿计算需要输入当前的压力、温度、液位等多种信息,这就要求需要有对应的压力、温度及液位测量设备。因此测得的液位精度势必会受到其他测量设备的影响,并且计算过程复杂、计算结果可靠性低、系统维护量大,影响正常生产过程的进行。


导波雷达液位计是一种新型的液位测量仪表,在外观上,导波雷达液位计显著的地方是其配备有金属导波杆。当导波雷达液位计发射的雷达波沿导波杆传播到气相介质和待测液体介质的分界面处时,由于在分界面处上下介质的介电常数值相差极大,根据时域反射原理,一部分雷达波能量会在该处发生反射。反射的雷达波会被液位计接收,通过对回波信号进行分析,获得发射雷达波与返回雷达波的时间差,即可根据时间差与光速相乘,计算待测的液位高度。



通过导波雷达液位计的原理可以发现,其测量原理完全独立于密度。并且由于雷达波是在导波杆内传播,蒸汽、粉尘、泡沫等工况对雷达波传播的衰减程度影响很小。因此面对高温高压、一般蒸汽的工况时,导波雷达液位不需要对温度和压力进行补偿,可以直接用于液位测量。并且由于导波雷达液位计的导波杆部分没有活动部件,因此也具有维护成本低、可靠性高的优点,适用于多种复杂的工况。



但是在极端高温高压、高饱和蒸汽的环境下,随着温度和压力的变化,液体和蒸汽的介电常数也会发生变化。如在300°C、lOMPa的环境下,水的相对介电常数会由78.5降低至18.0,蒸汽的相对介电常数会由1.0升高至1.5,蒸汽介电常数的增大会减慢雷达波的传播速度,如果不采取相关的对气相介质介电常数的补偿措施,会导致高达20%的测量误差。因此,对于髙温高压、高饱和蒸汽环境下的导波雷达液位计进行补偿算法及相关回波信号处理方法的研究,具有重要意义。

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