关键词：干式气柜 雷达液位计 时域反射 (TDR)原理
Application of radar level instrument in holder of dry gas
Wan Lina ,Li Zhiying
Abstract: The safety and stable operation of Carbonyl iron production without measuring instrument of accurate, steady work. This paper introduces the dry gas holder intermediary qualitative level measurement is one of the difficult problem based on radar level meter in dry gas holder of level measurement. firstly to have the correct selection, installation .secondly, we have the accurate range range Settings, correct daily maintenance, and as well as to the fault analysis solution.
Keywords: Holder of Dry Gas Radar Level meter TDR
1 引言
在羰化冶金生产流程中，干式气柜内氢气物位的检测与控制极其重要，工艺要求不仅要防止气囊被胀破、抽真空等事故发生，而且还要求根据物位的变化推断出气柜是否漏气。虽然液位计的种类繁多，但是面对羰化冶金行业复杂的工况，目前只有选用雷达液位计测量干式气柜内的物位才能达到比较高的测量精度。由于它具有连续测量精度高、非接触式以及测量范围大等特点，雷达液位计在有色冶金行业也得到非常广泛的应用。
2 雷达液位计的基本原理
雷达液位计采用的是时域反射 (TDR)原理，通过发射电磁波来计算电磁波达到两种介质相界面并反射回到接收天线所用的时间，从而实现介质物位的测量。雷达液位计的工作原理与通过空间传播电磁波的雷达非常相似，电磁波从发射到接收的时间与到液面的距离成正比，关系式如下：D=CT／2式中：D为雷达液位计到液面的距离；C为电磁波的速度；T为电磁波在发射-反射-接收过程中运行的时间，其雷达液位计的超高速计时电路可以精确地测量出电磁波传导经历的时间，而电磁波的传输速度C为常数， 即可计算出液面到雷达天线的距离D，从而知道液面的液位L=F-D,雷达液位计的测量原理如图1所示。 图1：雷达液位计原理图.png)
在实际运用中，雷达液位计有调频连续波和脉冲波两种方式。采用调频连续波技术的液位计电子电路复杂、功耗大、须采用四线制，而采用雷达脉冲波技术的液位计，功耗低、安全可靠、精确度高、可用二线制的24VDC供电，其适用范围更广，在干式气柜中即使用了雷达脉冲波液位计。
3 雷达液位计的技术特点
(1)雷达液位计采用一体化设计，无可动部件，不存在机械磨损，使用寿命长；(2)雷达液位计测量时发出的电磁波不需要传输媒介，不受大气、蒸气、槽内挥发雾的影响；(3)不受槽内液体的密度、浓度等物理特性的影响；(4)可用于高温、高压的液位测量；(5)抗腐蚀能力强，能适应腐蚀性很强的环境；(6) 具有虚假回波抑制的功能，通过虚假回波抑制液面到天线的虚假回波信号，排除虚假回波的干扰。(7)雷达液位计没有测量盲区，精度可以做的很高。
4 雷达液位计的安装注意事项
(1)发射天线中心轴线与介质表面保持垂直，天线和介质表面保持距离至少5cm.(如介质与天线接触，在天线上会粘附介质，影响测量);(2)天线与罐壁至少保证30cm 的间距;(3)天线喇叭口的前端应从罐的接管（安装短管）内完全露出来。(4)不要安装在加料口的上方;(5)避免安装于贮罐中心位置。若罐顶为球形或拱形时，不要安装于贮罐中心位置，应采用导波管或旁通管方式安装；若罐顶为平顶时，可以安装在罐顶中央，这样可以测到罐底最低点;(6)安装在带有搅拌器的容器时，应尽量避开搅拌器搅拌时所形成的涡旋区，以尽可能地消除不规则液面对微波信号散射所造成的衰减;(7)在信号波束内请勿安装诸如限位开关、温度传感器之类的装置、其有可能会干扰测量；(8)在测量介电常数较小的介质时，应该用导波管或旁通管方式安装，并且导波管或旁通管必须延伸到所需要的最小液位处。
5 雷达液位计在干式气柜中的创新应用
干式气柜是由立柱、侧板、底板及拱形柜顶组成的圆柱体气柜，其内部结构由活塞、T型挡板及密封橡胶膜等组成，由活塞组成的存储氢气的气囊随着柜内氢气体积的改变而升降，密封橡胶膜随活塞的升降而卷起或放下，外部斜梯、柜身回廊可提供检修和操作方便。干式气柜高：16576mm，底面直径15700，气柜内存储氢气介质，氢气是最轻的气体,密度比空气小，不易容于水,无色无味。基于干式气柜的内部结构特点以及存储介质的特性，我们选用了非接触式FMR530智能型雷达液位计来测量介质的物位。
起初，我们严格按照FMR530智能型雷达液位计的安装说明书在干式气柜上安装了一台该液位计，考虑到干式气柜的结构特点，我们采用了倾斜的安装方式，其倾斜角度不超过15度，调试该液位计仪表时发现没有物位数据显示，分析故障原因是由于发射的雷达波到达干式气柜的柱子反射回来的，该柱子上产生的虚假回波干扰太大造成的。我们重新调整雷达液位计的安装倾斜角度后发现出现物位数据，但该数据波动很大，并且由于干式气柜内的气囊是拱形的结构特点，随着气囊的上升该液位计测得的物位波动大，其测量的物位趋势如图2中的红色曲线所示。基于此原因，我们需要对安装在干式气柜上的 图2 未改造的液位趋势图.png)
FMR530雷达液位计进行改造。
干式气柜的结构特点，其内部结构由活塞、T型挡板及密封橡胶膜等组成，而拱形的气囊表面作为雷达液位计反射雷达波的相界面，该相界面始终是圆拱形弧面而不是平面，基于雷达液位计的工作原理，安装在该干式气柜上的雷达液位计发射的雷达波被气囊表面漫反射，使其很大一部分雷达波不能被天线接收到，导致该测量方式无法使用。
基于雷达液位计的工作原理和安装要求，雷达液位计能够准确稳定测量液位其相界面必须是平面，我们选择对干式气柜中的气囊表面进行改造，即需要在气囊侧顶上安装平面反射板，使其雷达发射波能较好的被天线接收。该平面反射板的面积计算如下所述：本干式气柜中采用FMR530智能型雷达液位计，其天线尺寸参数DN80/3",波束角α=100，雷达波传播的区域如图3所示。根据公式Tan50=W/2D=W/33152,可求出W=2900mm，进而求出反射板的面积。通过计算我们制作了一个直径不小于2900mm的圆盘，把该圆盘安装在气囊上，并且重新调整雷达物位计的安装角度，使其雷达波的发射天线平面与反射板平行。完成反射板的安装后我们重新设置FMR530雷达液位计的参数，以及重新做虚假信号抑制，通过观察该液位趋势发现该液位值准确、稳定。其液位趋势如图4中的红色曲线所示：.png)
图3 雷达波传播区域 图4 改造后的液位趋势图
按照关键设备的重要测点需要安装两套测量仪表以保证测量结果的可靠性、准确性的要求，在FMR530雷达液位计实验取得成功后，我们在干式气柜的不同位置又改造安装了一台雷达液位计，一方面是为了保证测量的准确性，另一方面是为了在一个液位计发生故障时另一个还能进行物位的检测与自动控制，并且在正常情况下还可以实现两个液位测量值的准确度参照比较。
6 结束语
综上所述，E+H公司的FMR530雷达液位计在干式气柜上通过安装改造后能够完全满足现场物位测量的要求。由于雷达液位计无可动部件，没有机械磨损，具有安装维护方便、性能稳定可靠、抗干扰能力强等优点，该安装的技术改造方式可推广应用到与干式气柜有相似结构特点的装置设备上，以实现物位的准确测量和自动控制。
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作者简介：万丽娜，女，学士，研究领域：过程控制与仪表，联系电话：15877393426，wanlina2011@163.com
论文作者:万丽娜，李志莹
论文发表刊物:《工程管理前沿》2020年第2期
论文发表时间:2020/4/22
标签：液位计论文; 测量论文; 干式论文; 天线论文; 反射论文; 电磁波论文; 液位论文; 《工程管理前沿》2020年第2期论文;