摘 要 介紹了計量級雷達(dá)液位計的原理與結(jié)構(gòu)，分析了計量級雷達(dá)液位計測量系統(tǒng)的組成和選型，指 出了安裝時的注意事項。
大型儲罐是石油化工行業(yè)的重要組成部分， 是企業(yè)存儲、生產(chǎn)和運輸過程的重要環(huán)節(jié)，具有儲量大、占地面積廣及分布集中等特點。 大型儲罐是重大工業(yè)危險源，儲存的產(chǎn)品具有爆炸性和燃燒性，如果發(fā)生泄漏、火災(zāi)及爆炸等安全事故， 將會造成重大人員傷害和財產(chǎn)損失。 液位是大型儲罐實時變化的重要參數(shù)，準(zhǔn)確測量液位是大型儲罐生產(chǎn)和安全使用的非常重要環(huán)節(jié)。 計量級雷達(dá)液位計在大型儲罐中的應(yīng)用優(yōu)勢主要體現(xiàn)在安全節(jié)能、適用范圍廣及準(zhǔn)確度高 等方面。 大型儲罐體積龐大，通常安置在室外，因 此對液位測量儀表的安裝和性能有較高要求。 計 量級雷達(dá)液位計是一種采用微波測量技術(shù)的非接觸式液位測量儀表，在大型儲罐的貿(mào)易計量中 使用廣泛。
1 計量級雷達(dá)液位計原理與結(jié)構(gòu)
計量級雷達(dá)液位計是大型儲罐中液位測量的 核心傳感器，采用發(fā)射-反射-接收的工作模式。
1.1 原理
計量級雷達(dá)液位計采用通過發(fā)射 FMCW（調(diào) 頻連續(xù)波）信號并接收相應(yīng)的回波，處理后獲得 距離與速度信息的原理。 發(fā)射信號通過天線向外 輻射， 同時作為混頻器的基準(zhǔn)信號解調(diào)回波信 號，測量信號頻率差，依據(jù)差值與到液體表面的 距離成比例從而計算出液位值。 雷達(dá)波形與測距 原理如圖 1 所示。
計量級雷達(dá)液位計由收發(fā)模塊、 電源模塊、 天線、信號處理模塊及顯示模塊等單元組成。 收 發(fā)模塊產(chǎn)生 FMCW 信號，經(jīng)環(huán)行器至天線向外輻 射，回波信號由天線接收，經(jīng)環(huán)行器送到接收通 道，對回波信號進行諧波混頻、放大、濾波，產(chǎn)生差頻信號，將包含距離信息的信號經(jīng)過 A ／ D 轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，送往信號處理模塊，信號經(jīng)傅里葉變換、檢測處理等后，得到高精度的液位數(shù)據(jù)，通 過現(xiàn)場總線送到顯示單元和上位機［1］。 計量級雷達(dá)液位計數(shù)據(jù)處理流程如圖 2 所示。
1.2 結(jié)構(gòu)
雷達(dá)液位計的結(jié)構(gòu)和工藝工況有很大關(guān)系， 選型時需綜合考慮介質(zhì)的腐蝕性、粘稠性、結(jié)晶 特性、冷凝特性及揮發(fā)特性等。 雷達(dá)液位計主要 由電子控制單元和天線構(gòu)成，無可動部分，不存 在機械磨損。 用于貿(mào)易計量時，需采用高精度、高 穩(wěn)定性的計量級雷達(dá)液位計。 計量級雷達(dá)液位計 的結(jié)構(gòu)關(guān)鍵是天線，其天線一般有以下 4 種［2］：
a. 喇叭天線，適用于大部分罐區(qū)，安裝在罐頂或?qū)Рü苌希劢固匦院茫瑴y量范圍大；
b. 導(dǎo)波管陣列天線，安裝在導(dǎo)波管內(nèi)，適用于外浮頂?shù)脑蛢藁騼?nèi)浮頂?shù)某善酚?化工品儲罐；
c. 拋物面天線，適用于固定頂儲罐，粘稠和 嚴(yán)重凝結(jié)的產(chǎn)品，可用于瀝青、液態(tài)硫磺等惡劣的工況；
d. LPG/LNG 天線，適用于 LPG/LNG 儲罐，測 量加壓或低溫液化氣的液位。
2 計量級雷達(dá)液位計的應(yīng)用
2.1 配套儀表
液位測量系統(tǒng)一般包括計量級雷達(dá)液位計、多 點溫度計、數(shù)據(jù)采集單元及現(xiàn)場通信單元等設(shè)備。
多點溫度計可測量儲罐內(nèi)多點溫度，利用現(xiàn) 場總線通信協(xié)議輸送測量數(shù)據(jù)。 數(shù)據(jù)采集單元可收集量值，如液位、溫度和 壓力，計算平均溫度、計量密度和容積表，不僅可 識別網(wǎng)絡(luò)中不同的現(xiàn)場設(shè)備并自動分配地址，還 能管理通信，監(jiān)控所有設(shè)備狀態(tài)。 現(xiàn)場通信單元是一臺數(shù)據(jù)集中器，可通過數(shù)據(jù)采集單元連續(xù)查詢現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)。
2.2 系統(tǒng)構(gòu)成
液位測量系統(tǒng)通過現(xiàn)場總線儀表（如雷達(dá)液位計、多點溫度計）提供儲罐的溫度、液位信息， 并與 DCS 控制系統(tǒng)通信。 每個儲罐設(shè)置的測量系統(tǒng)由液位檢測單元、 數(shù)據(jù)采集單元和多點溫度計組成。 信號分組通過 接線箱以總線方式連接至機柜間的通信接口單 元，非常終接入計量管理計算機，通過計算將測量 的液位自動轉(zhuǎn)換為體積值或質(zhì)量值，計量管理計 算機與 DCS 控制系統(tǒng)通信［3］。 每個儲罐的數(shù)據(jù)采集單元采用總線形式，與 采用傳統(tǒng)的模擬量儀表相比具有以下優(yōu)勢：
a. 避免了模擬量信號經(jīng)過系統(tǒng)卡件的 A/D、D/A 轉(zhuǎn)換后精度損失， 現(xiàn)場顯示的數(shù)據(jù)和系統(tǒng)里 的顯示數(shù)據(jù)是一致的；
b. 節(jié)約線纜，每個數(shù)據(jù)采樣單元只輸出一路 總線信號。 液位測量系統(tǒng)軟件可以分析液位的曲線圖， 查看設(shè)備和生產(chǎn)的實時/歷史運行情況。計量級雷達(dá)液位計自控系統(tǒng)如圖 3 所示［4］。
3 計量級雷達(dá)液位計的安裝
計量級雷達(dá)液位計的正確安裝是保證高精 度測量的關(guān)鍵，安裝時需要注意以下因素：
a. 遠(yuǎn)離罐中心和物料進口,安裝在罐中心容 易造成接收不到回波，安裝在物料進口容易造成接收較多的虛假反射回波，計量級雷達(dá)液位計安裝位置應(yīng)距離管壁約儲罐直徑的 1/5；
b. 測量角范圍內(nèi)不能有障礙物,計量級雷達(dá)液位計的測量原理決定了測量角范圍內(nèi)不能有 障礙物；
c. 避免強液位波動的場合, 當(dāng)儲罐內(nèi)介質(zhì)有 較強的攪拌或化學(xué)反應(yīng)時，應(yīng)采用旁通管或?qū)Р?管的測量方式，保證雷達(dá)波能夠精確地測量出真實的液位。
4 結(jié)束語
計量級雷達(dá)液位計具有精度高、適用范圍廣 及安裝維護方便等特點，尤其適用于大型儲罐的連續(xù)液位高精度測量。 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā) 展，計量級雷達(dá)液位計將會在大型儲罐的貿(mào)易計量方面得到廣泛的應(yīng)用。
