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        雷達物位計惡劣環境中的水平感知
        - 2019-04-02-

                當您需要在裝滿熔融硫或其他低介電材料的儲罐中讀取液位讀數時,可能無法使用非接觸式傳感器。

                

                雷達物位計已成為測量散裝固體,液體及其間所有物質的領先技術。由于沒有活動部件,因此在惡劣的化學環境中,在廣泛變化的工作溫度和低介電材料下工作良好。使用熔融硫,液氨,石化產品和其他難以測量的介質的工藝I程師歡迎將雷達物位計設計與大多數數字通信協議集成的簡單性,以獲得有關儲罐,料倉,料斗,料倉,混合盆的內容的數據和船只。讓我們看一下導向傳感器與其他飛行時間技術相結合的方式,例如無線雷達-雷達和超聲 波無論如何應用指


                導波雷達技術理論

                雷達通過測量發射信號的時間來工作。更準確地稱為時域反射計,該過程需要將微波脈沖向下發送通過感興趣的材料并-直向容器的底部發送。當脈沖到達產品時,光束會經歷由產品電介質引l起的阻抗變化。部分脈沖被反射回接收器接收器測量離開和重新調諧信號之間的準確持續時間,對其進行分析并將產品水平顯示為距離,以英尺,米或其他單位表示。


                通過空中導波雷達技術是非接觸式液位測量的先驅之一, 但虛假回波仍然是一個重 要的問題。簡單地將雷達發射器指向筒倉的底部允許非制雷達導波從船的側面反彈,從而產生必須在接收端抵消的虛假重調諧信號。此外,通常存在內部障礙物,例如管道,噴嘴和梯子 ,它們會產生不需要的信號。根本原因是雷達波束在不斷變寬的錐體中從發射器輻射。類似的問題出現在超聲波測量中,其中高達20度的發散角是常見的。


              在雷達技術中,雷達波束通過探頭或“波導”以專i設計的金屬桿或電纜的形式聚焦,該金屬桿或電纜插入待測量的產品中。本指南用于將探測器長度的雷達信號集中到較小直徑(通常< 12英寸)的圓柱形圖案中,從而防止在容器中的分散。結果是更好的性能和可靠性。此外,沒有必要對單元進行編程以忽略來自容器側面的虛假讀數。導波與空中雷達信號強度


                除了從容器壁和罐內物體返回的脈沖問題之外,非接觸式雷達裝置對工藝條件的變化非常敏感,例如產品積聚,泡沫,湍流和冷凝。同樣,超聲波可能會受到影響聲速的水箱條件和氣相的不利影響。雖然似乎可以通過增加發射雷達信號的強度來改善SNR ,但事實并非如此簡單。環路供電設備本質上是在緊張的能源預算下運行。由于微波的寬光束傳播,通過空氣的水平傳感器使用更多的能量。雷達物位計通過沿探頭 聚焦來更有效地利用能量,因此即使在可用的有限能量下也能實現最佳SNR。響應時間


              為了清除雜散信號,通過空中雷達和超聲技術使用模糊邏輯為每個目標分配概率水平。必要的信號處理會減慢響應時間和更新速率。雷達物位計最多可讀取10個讀數;無需額外過濾,更新速率可以同樣快。電介質


              通過無線雷達液位傳感器在低介電介質上不能很好地工作,因為脈沖部分地通過,而不是從它們反射。在導波和通過空中雷達中,從發射器到產品的同軸電纜通常具有50 Q的阻抗。理想情況下,如果沿著雷達波束的整個行程長度保持該阻抗,則所有傳輸信號會反映出產品。實際上,雖然從同軸電纜到空氣時會發生很大的阻抗變化,但會導致大量的信號損失。


              在雷達物位計中,探頭安裝在不銹鋼管中,該管充當接地平面,以幫助弓導微波能量并使整個組件具有同軸結構。因此,它沿著整個波導保持恒定的阻抗,允許傳感器檢測更微妙的介電變化并正確地指示產品水平。通風雷達也可以使用類似的管道布置來測量較低的電介質,但這種操作模式更容易積聚并且依賴于管道配置和構造。


              雷達物位計發射器還允許特殊探頭配置通過考慮脈沖在介質中傳播時的速度變化來執行間接測量。以這種方式,可以在其他方法過去失敗的應用中測量非常低的介電產品,通常低至1.3.測量長跨度

                現代雷達發射器可以測量超過200英尺高的筒倉和坦克中的水平。通常,考慮到雷達波以~I ft/ ns的速度傳播,在這樣的距離上獲得高分辨率讀數是極其困難的。一個100英尺的筒倉可能只包含4英尺的產品,這意味著反射波的返回時間僅比空罐的返回時間少8毫秒。要獲得此類電平的四分之-英寸精度 ,傳感器必須以皮秒為增量進行測量。


              一些雷達物位計和通風發射器使 用包括穩定斜坡發生器的專用電子電路。這些產生的信號波形會復制反射波形,盡管時間較慢。利用復雜的電子設備,這種設備可以在整個范圍內實現數萬英寸的分辨率-足夠精確以滿足大多數應用。應用指南:產品結塊和構建


              對于處理與其接觸的所有產品有關的產品的行業,例如干燥時的熔融硫和石油化工過程中常見的石蠟,獲得準確的水平長期存在困難。依賴于同軸以及雙桿或雙線纜波導的雷達物位計液位變送器在這里處于特別的缺點。當產品堆積橋接兩個桿之間的間隙時, 出現問題,由于兩個線之間的阻抗改變,使得該單元不可操作。優選的解決方案要求使用懸掛在罐中的單根電纜或桿;在單個指南上建立對發射機操作的影響最小。除非將單個探頭/電纜組件插入外部靜止井中,否則此配置僅限于更高的電介質,高湍流容器


              導波和直通雷達都可以配置為在高度湍流的環境中運行,而前者具有更窄的波束,在這些條件下提供更好的性能,有特殊要求。


              在探頭周圍安裝靜止井或通過空氣信號有助于保持更恒定的水平讀數。靜止井,通常<= 4英寸直徑,應沿其長度鉆孔,以使產品保持與雷達信號完全接觸。( 同樣的技術用于通風雷達,但需要精確的靜止井結構,具有嚴格的公差和特殊焊接。安裝和對準也很關鍵,不正確的設置有時會導致錯誤的讀數。)


              雷達物位計的限制并不嚴格。波導導致其內部的信號滑過任何切口并直接向下移動到產品,因此湍流幾乎沒有影響。確保最佳配置


              容易配置的系統肯定是工藝工程師的愿望清單-沒有什么比試圖將通用型變送器裝入帶有內置頭痛的特定應用程序更令人沮喪的了。


              雷達物位計液位傳感器制造商提供全系列的變送器,安裝件,耦合器和探頭,以滿足幾乎任何特殊要求。例如,容納單根或同軸電纜的各種剛性和柔性探頭,其中-些可以彎曲以容納不尋常的坦克,箱或筒倉,這意味著雷達單元可以從已經配置的工廠到達。有些探頭甚至可以在現場切割成-定長度。在南非的Secunda ,通過使用導波電纜在90*拐角處發射雷達波束的能力允許精確測量冷卻塔中的水平。


              安裝雷達物位計發射器不如安裝通風裝置那么重要,因為通風裝置依賴于天線的精確配置。導波可以使用小至NPT開口3/4的孔徑。在許多情況下,達單元必須安裝在外部腔室中,例如,當它們更換機械單元時。有時需要特殊的儀器外殼。不銹鋼特別適用于海上用途, 其中鹽水甚至會腐蝕粉末涂層鋁。有些變送器安裝在防爆外殼中。-些制造商甚至會創建定制的一次性設計。


              監測溴水平幾乎總是需要特殊的安裝和探針與氣密密封,以及由Monel而不是不銹鋼制成的氫氛酸需求探針的罐。配置問題還應包括發射機的通信能力。許多雷達裝置在本地顯示結果,內置滾動LCD ,提供現場測量-選擇英寸 ,英尺,毫米,厘米,米,甚至百分比。最后,設備在整個處理計劃的業務系統中無縫傳輸數據的能力同樣重要。


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