摘 要：雷达液位计是一种采用微波测量技术的液位测量仪表。经过多年的应用及技术改进，目前广泛应用于石油化工行业，并得到了用户的认可。本文简要介绍了雷达液位计的测量原理、分类及应用，根据其特点与优点，指出了适合应用的场合。
关键词：雷达液位计 测量原理 微波 物料计量
引言
雷达液位计是20世纪60年代中期国外开始生产使用的新技术产品。它是一种采用微波测量技术、接触或非接触式的液位测量仪表。初期，它主要用于海船油槽液位测量，克服了以前使用机械式接触型液位仪表的诸多缺点，比如清洗的困难和维修的不便等。随后，雷达液位计被用于在岸上储罐液位的测量以及炼油装置中液位的测量。随着石油化工行业的不断发展，雷达液位计的应用范围日益广泛，特别是高精度的特点得到了国际计量机构的认证，满足贸易交接的物料计量要求。
1 测量原理及分类
根据测量原理，雷达液位计分为导波雷达、脉冲雷达、调频连续波雷达3种；按测量介质分为固体、液体测量；按传感器分为杆式、缆式、同轴、喇叭口/平面/抛物面、卫生型；按电磁波的频率分低频、中频、高频；按工况分高温、防腐等。
1.1 导波雷达液位计
导波雷达液位计是接触式物位测量，采用时域反射技术（TDR）电子单元发射微波脉冲沿着导波杆（缆）传播，当接触被测介质时，产生反射信号由电子部件接收，计算发射到接收的间隔时间，转换为被测介质的距离。通过测量发射脉冲与反射脉冲的时间差，并通过以下公式即可计算出被测物质到仪表法兰的距离.
导波雷达液位计适合测量液/液界面，如油水界面，油与水、油与酸、低介电的有机溶剂（甲苯、苯、环己烷、己烷、和二甲苯）和水或酸。
测量液/液界面应注意以下几点：
（1）介电常数较低的介质位于上部。
（2）两种液体的介电差异不低于10。
（3）上层介质的介电常数是已知的，该参数可在现场确定。
（4）上层介质的*大厚度取决于其介电常数。
（5）上层介电常数下限＜3，下层介电常数上 限＞20。
（6）可同时进行液位测量和界面测量。
导波雷达液位计可用在几何尺寸小的容器，也可用在旁通管和各种尺寸的储罐，适用于测量多种粉尘和谷物等。
导波雷达液位计测量特性：
（1）无可活动机械部件，维护成本低。
（2）安装方便，支持罐顶安装或旁路管顶部安装。
（3）适用于液面、界面和粉末状或小颗粒状固料的物位测量。
（4）不受介质密度和pH值等物理参数变化的影响且无需进行补偿。
（5）适用于高温、低温、蒸汽和高压场合。
导波雷达液位计使用过程中微波沿导波管向下传导，尽量避免导波杆周围出现金属干扰或物料堆积的情况发生。导波雷达有的诊断功能，具有检测导波杆聚积物的能力。导波雷达液位计使用过程中微波沿导波管向下传导，尽量避免导波杆周围出现金属干扰或物料堆积的情况发生。导波雷达有的诊断功能，具有检测导波杆聚积物的能力。
导波雷达液位计的结构由3个部件组成，即雷达变送器、过程密封件和导波杆。
过程密封件和导波杆使得低能脉冲微波以光速沿其向下发送，在导波杆与物位（气/物、气/液或液/液界面）的交点通过导波杆被反射回雷达变送器。雷达变送器接收导波杆的测量信号，然后对这些信号进行处理并提供稳定的输出信号。
1.2 非接触式雷达液位计
非接触式雷达液位计包括脉冲雷达液位计和调频连续波雷达液位计：
（1）脉冲雷达液位计
利用电子单元通过天线系统发射极窄的微波脉冲，脉冲以光速在空间内传播，当遇到被测量介质阻碍时，部分能量产生反射波形，被天线系统接收。将发射与接收脉冲之间时间间隔转换为天线系统到被测介质的距离。这种测量方式由于测量的时间间隔非常小，需采用时间拓展技术，测量精度在5~10mm。
（2）调频连续波雷达液位计
利用电子单元产生经频率调制的电磁波信号从天线系统发射，当遇到被测量介质阻碍时，部分能量产生反射波形，被天线系统接收。将接收的反射信号和发射的瞬时频率信号比较，频率差转换为天线系统到被测介质的距离。这种测量方式测量精度可达1mm。
以喇叭天线为例，微波的频率越高，波束的聚集性能越好，测量距离越远；波束角小，其喇叭尺寸可越小，不易产生较多的虚假回波，更易于现场的安装使用。
非接触式雷达液位计不易被腐蚀，是黏性、黏稠和腐蚀性液体工况的理想选择。常用在带有搅拌器的容器中，量程范围可达30~40m。
非接触式雷达液位计的频率可影响其性能。较低的频率降低对蒸汽、泡沫和天线污染物的灵敏度，而较高的频率可将管嘴、罐壁和干扰物的影响降至*低，始终保持狭窄的雷达波束。波束宽度与天线尺寸成反比。给定频率的波束宽度将随着天线尺寸的增加而减少。
非接触式雷达液位计测量特性：
（1）无可活动机械部件，维护成本低。
（2）安装方便，支持罐顶安装。
（3）适用于液体、固体、黏稠、腐蚀性介质物位测量。
（4）适用于高温、低温、蒸汽和高压场合。
（5）可使用聚四氟乙烯密封件与过程相隔离。
（6）调频连续波物位计提供更强的微波信号，适用于高精度的物位测量。
（7）储罐内的障碍物如管、加强杆和搅拌器导致虚假回波，大多数变送器均具有精密的软件算法，可屏蔽或忽略这类虚假回波。
非接触式雷达液位计结构由3个部分组成，即雷达变送器、过程密封件和天线。
过程密封件和天线是引导电磁波按预定方向传导的装置，避免能量的球面传播。雷达变送器接收反射信号，然后对这些信号进行处理并提供稳定的输出信号。
2 主要应用
2.1 导波雷达液位计
导波雷达液位计有五种不同类型的导波杆，即单杆、单缆、同轴、双杆、双缆。优先选择单杆导 波杆。
2.2 非接触式雷达液位计
（1）频率的选择
非接触式雷达液位计根据不同的应用分为3种频段：低频雷达（6 ~11GH z）、中频雷达（24~29GHz）、高频雷达（75~85GHz）。
2）天线的选择
过程级雷达液位计有5种不同类型的天线，中频雷达液位计有锥形、抛物面、过程密封、低频雷达液位计有锥形、杆形。储罐计量级雷达液位计有4种不同类型的天线，即喇叭形、抛物面、导波管阵列、LPG/LNG。
（3）安装要求
1）雷达的安装必须水平，天线尽可能选择更大的尺寸以实现*可靠的测量。
2）拱顶罐用的雷达液位计不能安装在罐顶的正中或加料口上方，一般距离罐壁1.5m左右。
3）浮顶罐**液位测量采用导波管安装雷达液位计。
4）压力罐内介质可能存在液面沸腾翻滚等工况，应安装导波管。
5）雷达液位计仪表一侧应配切断球阀，方便在线维护和更换。
6）在安全等级要求高时，应配置SIL2/SIL3等级仪表。
7）建议使用二合一解决方案，将自动防溢出保护与自动储罐计量结合在一起。
8）在信号波束范围内避免安装任何装置、仪表、支撑。
9）导波管内壁光滑，表面光洁度≤6.3μm，导波管带导波槽。
2.3 选择应用
（1）重质油品、轻质油品、烃类液态物料、产品等介质的储罐液位连续测量宜选用雷达液位计。
（2）雷达天线的选择应根据测量精度、测量范围、储罐类型和介质特性综合考虑。雷达天线形式的参考选型和适用条件如表1所示。
3 结论
液位测量仪表种类繁多，每种测量方式均有其特点和针对性。雷达液位计在液位测量中可以满
足一定的测量要求，其工作性能稳定可靠，操作方便安全，抗干扰能力强，可测介质多，可达到较高
的测量精度，所以雷达液位计必然会以其特点和优势在石油化工行业中得到广泛的应用。但雷达液位计同样具有其局限性，如过高的价格，对介质的相对介电常数有一定要求等。因此，在选用时应按照实际应用场合的需求、工程项目特点、设计条件和费用等方面来综合考虑，保证经济适用、安全可靠。
