雷達(dá)液位計(jì)的工作原理及結(jié)構(gòu)

雷達(dá)液位計(jì)由發(fā)射和接收裝置、信號(hào)處理、天線、顯示等部件組成，雷達(dá)液位計(jì)外形如下圖所示。

其采用發(fā)射→反射→接收的工作模式。雷達(dá)液位計(jì)的天線發(fā)射出電磁波，這些波被對(duì)象表面發(fā)射后，再被天線接收，電磁波從發(fā)射到接收的時(shí)間與到液位的距離成正比，電磁波的傳輸速度為常數(shù)，則可算出液位到雷達(dá)天線的距離，從而知道液位的實(shí)際高度。

雷達(dá)液位計(jì)故障檢查判斷及處理

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，雷達(dá)液位計(jì)本身出故障的概率并不高，大多數(shù)故障都是由于現(xiàn)場(chǎng)使用環(huán)境惡劣引發(fā)的；在檢查處理故障中應(yīng)先對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的儀表及部件進(jìn)行檢查，必要時(shí)進(jìn)行整改，如改善雷達(dá)液位計(jì)的安裝方式及條件，都會(huì)減少故障的發(fā)生。

(1)液位有變化但顯示為一固定值不變化

當(dāng)容器將排空或?qū)M時(shí)，雷達(dá)液位計(jì)仍輸出一個(gè)明顯與液位變化不相符的信號(hào)，容器內(nèi)液位將滿時(shí)顯示仍為一個(gè)低液位值。產(chǎn)生該故障的原因如下。

①雷達(dá)液位計(jì)天線或天線附近有附著物，會(huì)產(chǎn)生干擾回波，天線上積聚有過(guò)多的污物會(huì)對(duì)微波產(chǎn)生強(qiáng)烈的反射，使雷達(dá)液位計(jì)顯示一個(gè)固定的高液位值。只要清理天線和天線附近的污垢及附著物，并擦拭發(fā)射天線后，故障大多能消除。

②罐內(nèi)有障礙物或固定物件，導(dǎo)致微波會(huì)有很強(qiáng)的反射，此時(shí)查看回波強(qiáng)度的數(shù)值都較大。故障大多發(fā)生在空罐狀態(tài)時(shí)，先試用軟件進(jìn)行處理，目的就是抑制干擾回波，屏蔽虛假信號(hào)。注冊(cè)干擾回波，把當(dāng)前所測(cè)的回波作為虛假回波注冊(cè)到回波列表中，注冊(cè)后障礙物或罐內(nèi)固定物件會(huì)引起干擾回波或者采用“近現(xiàn)場(chǎng)抑制”功能來(lái)消除故障，通過(guò)設(shè)置近現(xiàn)場(chǎng)抑制距離，使儀表將此范圍內(nèi)的回波注冊(cè)為干擾回波不進(jìn)行測(cè)量。安裝法蘭的焊縫、天線或天線附近有掛料，效果較好。*有效的措施是重新選擇雷達(dá)液位計(jì)的安裝位置，或與工藝聯(lián)系對(duì)罐內(nèi)障礙物或固定物件進(jìn)行整改，以杜絕故障的發(fā)生。

(2)液位顯示有偏差

液位顯示為一固定偏差時(shí)，先檢查罐高的設(shè)置是否正確，使雷達(dá)液位計(jì)的零點(diǎn)與工藝的參考零點(diǎn)一致。還應(yīng)檢查標(biāo)尺液位與上位機(jī)的量程是否相同，不知道顯示儀的量程時(shí)，可通過(guò)雷達(dá)液位計(jì)動(dòng)態(tài)設(shè)置的試驗(yàn)功能，使雷達(dá)液位計(jì)分別輸出 4mA 和 20mA 查詢來(lái)解決。先核實(shí)罐的高度，再檢查基本參數(shù)的設(shè)置是否與罐高一致。可斷電重啟試試能否恢復(fù)正常，否則只有拆下發(fā)射頭檢查天線上是否附有冷凝水，有冷凝水或污物，將其清理及擦干凈，再安裝上觀察是否正常，必要時(shí)進(jìn)行一次回波搜索。

(3)液位顯示波動(dòng)

工藝液位正常，可通過(guò)修改雷達(dá)液位計(jì)時(shí)間常數(shù)，增加雷達(dá)液位計(jì)的阻尼時(shí)間來(lái)解決顯示波動(dòng)。天線上有冷凝水或水珠，攪拌機(jī)使被測(cè)液位表面劇烈起伏，雷達(dá)液位計(jì)安裝在下料口上方，都會(huì)是容器內(nèi)的干擾回波增強(qiáng)，使液位顯示波動(dòng)。天線上有冷凝水珠，可采取斷電重新啟動(dòng)的方法試試，沒(méi)有改觀只能將發(fā)射頭拆下，把天線上的冷凝水擦干凈，或重新捜索回波。顯示波動(dòng)時(shí)考慮*多的是線路接觸不良、有電磁干擾、電子電路有問(wèn)題等；但不要忽視了顯示儀表或 DCS 卡件的影響，如有的 DCS 卡件帶負(fù)載能力不足，會(huì)出現(xiàn)工藝液位正常，但儀表顯示值頻繁波動(dòng)的故障。有時(shí)拔插一下卡件就可能恢復(fù)正常，否則應(yīng)更換通道或卡件。

(4)液位顯示*大

產(chǎn)生此故障大多是雷達(dá)液位計(jì)發(fā)射天線或隔離窗下面有水珠或污物。拆下雷達(dá)液位計(jì)，用干凈柔軟的棉布擦干天線或隔離窗下面的水珠或污物，重新啟動(dòng)一般都可恢復(fù)正常。擦洗雷達(dá)液位計(jì)發(fā)射天線、要用柔軟的棉布蘸酒精、汽油等溶劑擦洗，不能用堿性溶劑擦洗。發(fā)射天線被臟污的原因及處理方法如下：

①容器內(nèi)蒸汽冷卻后形成的水珠附在發(fā)射天線上，阻礙了微波的發(fā)射?？刹捎酶綦x裝置，有的廠采用特氟龍的隔離裝置，取得了較好的效果。該材料既不妨礙微波的發(fā)射，又能起到隔離作用；隔離裝置按一定方式安裝后，可以將容器內(nèi)的蒸汽與發(fā)射天線隔離，同時(shí)使附著在隔離裝置上的冷凝水在形成后按一定形式分布，達(dá)到不影響微波發(fā)射之目的。

②設(shè)備使用攪拌電機(jī)時(shí)甩漿，使安裝套管及發(fā)射天線臟污，結(jié)垢。只要攪拌電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，都會(huì)揚(yáng)起漿液，這是無(wú)法避免的。結(jié)垢問(wèn)題可通過(guò)加大套管直徑來(lái)解決，大直徑套管結(jié)垢程度達(dá)到影響發(fā)射波在時(shí)間上要遠(yuǎn)大于小直徑套管。而大直徑的套管結(jié)垢達(dá)到一定程度后，在重力作用下，部分結(jié)垢會(huì)自行脫落。

③雷達(dá)液位計(jì)安裝不規(guī)范也會(huì)造成本故障，天線沒(méi)有伸出套管、套管的直徑太小、管壁粗糙有焊縫等，都有可能造成較多的干擾回波。通常可增大上盲區(qū)，用雷達(dá)液位計(jì)的滿罐處理功能對(duì)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，沒(méi)有效果應(yīng)考慮重新定位安裝。天線上結(jié)垢或污物較少時(shí)，回波強(qiáng)度會(huì)減弱，只是偶爾跳至*大，通常采取斷電重啟；或者用回波重新搜索功能，從雷達(dá)液位計(jì)所測(cè)的多個(gè)回波列表中，選擇和實(shí)際液位相近的回波作為表面回波，就有可能使雷達(dá)液位計(jì)恢復(fù)正常。天線上結(jié)垢或污物積聚嚴(yán)重時(shí)，有可能造成回波的強(qiáng)度低于門限值，在平穩(wěn)條件下設(shè)置門限值為表面回波的 20%較妥。如果用軟件處理無(wú)法恢復(fù)，只有拆下對(duì)天線上的結(jié)垢或污物進(jìn)行清理。天線結(jié)垢或附有污物屬于常見(jiàn)問(wèn)題，定期清理天線上的結(jié)垢及污物，會(huì)使該類故障大大減少。

(5)液位顯示*小

空罐時(shí)顯示值不為零，如雷達(dá)液位計(jì)顯示失波報(bào)警參數(shù)符號(hào)，大多是空罐時(shí)雷達(dá)表面回波信號(hào)丟失?？衫蔑@示面板重新搜索回波；或者用雷達(dá)液位計(jì)的空罐處理功能，處理靠近罐底部表面回波丟失的情況，如果表面回波丟失，本功能會(huì)使變送器顯示零液位。雷達(dá)液位計(jì)量程選擇很重要，若雷達(dá)液位計(jì)的實(shí)際量程過(guò)小，空罐時(shí)回波信號(hào)丟失，應(yīng)重新核實(shí)量程，或選擇尺寸大一些的天線。有時(shí)工藝液位已快要滿罐，但儀表卻顯示一個(gè)很低的液位，由于液位升高時(shí)罐內(nèi)多重回波增加，而雷達(dá)液位計(jì)把一束時(shí)間行程較大的回波識(shí)別為測(cè)量回波，導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果錯(cuò)誤。應(yīng)修改現(xiàn)場(chǎng)抑制距離，屏蔽虛假信號(hào)，來(lái)消除多重回波的影響。

(6)雷達(dá)液位計(jì)常見(jiàn)故障

雷達(dá)液位計(jì)常見(jiàn)故障產(chǎn)生的原因及處理方法見(jiàn)表。

雷達(dá)液位計(jì)維修實(shí)例

[實(shí)例 1]加熱器上用的雷達(dá)液位計(jì)，怎么調(diào)表都沒(méi)有作用。

[故障檢查]檢查發(fā)現(xiàn)出廠時(shí)的門檻電壓設(shè)得太低，僅有 200mV。

[故障處理]調(diào)高門檻電壓后順利完成了調(diào)表工作。

[維修小結(jié)]門檻電壓要根據(jù)工況信號(hào)強(qiáng)度來(lái)定，一般為 400-600mV。為了排除工況產(chǎn)生的雜波干擾，大多是減小增益，使正常信號(hào)波有所減弱，但過(guò)低后波峰低于門檻電壓線時(shí)就無(wú)返回信號(hào)。

[實(shí)例 2]雷達(dá)液位計(jì)的顯示為*大。

[故障檢查]檢查發(fā)現(xiàn)石英窗下面有水珠。

[故障處理]拆下罩子法蘭和石英隔離窗法蘭，用軟布蘸酒精將石英玻璃擦干凈，雷達(dá)液位計(jì)顯示恢復(fù)正常。

[維修小結(jié)]雷達(dá)液位計(jì)發(fā)射天線或隔離窗下面有水珠或污物，通常用水沖洗后大多能恢復(fù)正常。天線石英沾上了物料或污物，必須進(jìn)行清洗。在清洗過(guò)程中不要拆開(kāi)石英固定螺釘，不要用尖嘴鉗，以免損傷石英表面的涂層。裝回石英隔離窗法蘭時(shí)，石墨不銹鋼纏繞墊圈要換用新的。

[實(shí)例 3]雷達(dá)液位計(jì)在空罐的情況下顯示有 50%的液位。

[故障檢查]斷電重啟故障依然，調(diào)整“min level offset”沒(méi)有作用，有人提議把另一臺(tái)的參數(shù)復(fù)制過(guò)來(lái)試一試。

[故障處理]參數(shù)復(fù)制過(guò)來(lái)后，雷達(dá)液位計(jì)正常。

[維修小結(jié)]本例屬于設(shè)置有問(wèn)題故障。是人為還是什么原因引起的設(shè)定參數(shù)變化，到底是個(gè)別參數(shù)變化了還是幾個(gè)參數(shù)變化了，誰(shuí)也說(shuō)不清楚。本例僅介紹一種故障處理方法。

[實(shí)例 4]工藝的丙烯液位正常，但新裝的 E+H 導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)顯示 60%不再變化。

[故障檢查]斷電試了一下沒(méi)有效果，詢問(wèn)后知道調(diào)試人員怕麻煩設(shè)置時(shí)沒(méi)有做抑制。

[故障處理]決定在低液位時(shí)進(jìn)入 MAPPING 菜單做抑制，完成后雷達(dá)液位計(jì)顯示恢復(fù)正常。

[維修小結(jié)]雖然雷達(dá)的電磁波不依賴介質(zhì)傳播，但是對(duì)介質(zhì)的介電常數(shù)很敏感，如果兩種介質(zhì)介電常數(shù)相差很少，反射波能量會(huì)很小，當(dāng)兩種介質(zhì)介電常數(shù)相差很大時(shí)，本例中丙烯的介電常數(shù)較低，大部分的電磁波能量被反射，沒(méi)有足夠的能量到達(dá)液位并產(chǎn)生反射，導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)接收的是反射回波；水蒸氣、介質(zhì)結(jié)晶，雷達(dá)天線下的一些污物都會(huì)導(dǎo)致一定能量的回波，這樣的回波就是干擾信號(hào)，做抑制就是把這些回波屏蔽掉，在容器沒(méi)有液位時(shí)做抑制，效果*好，干擾都被屏蔽也就保證了測(cè)量的準(zhǔn)確性。

[實(shí)例 5]工藝液位正常，雷達(dá)液位計(jì)的顯示升到一定值后變化緩慢直至無(wú)變化。

[故障檢查]儀表的設(shè)置參數(shù)正常。拆卸連接法蘭時(shí)，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)波管內(nèi)有微壓力，判斷導(dǎo)波管上部有氣體。

[故障處理]開(kāi)氣相補(bǔ)償孔處理，后液位計(jì)恢復(fù)正常。

[維修小結(jié)]本例雷達(dá)液位計(jì)系頂部安裝方式，容器為常壓，為了有較好的測(cè)量效果，在容器內(nèi)設(shè)置了 DN80 的導(dǎo)波管。使用中導(dǎo)波管上部慢慢積聚有氣體，液位升高時(shí)造成導(dǎo)波管上部的氣體憋壓，液位升高時(shí)憋氣壓力也在慢慢升高，這就是液位變化緩慢的原因，當(dāng)液位上升到一定位置后就不可能再上升了。

[實(shí)例 6]乳化瀝青罐倒罐檢修時(shí)，工藝人員反映雷達(dá)液位計(jì)不準(zhǔn)確。

[故障檢查]檢查接線及供電均正常，斷電重啟故障依然，到現(xiàn)場(chǎng)拆下天線擦拭后無(wú)改觀，但天線對(duì)著設(shè)備圍欄時(shí)顯示有變化，判斷儀表正常。拆天線入孔有很多嗆人的氣霧冒出來(lái)，跟平時(shí)不一樣，決定與工藝聯(lián)系。

[故障處理]與工藝落實(shí)才知道，進(jìn)入罐中的是其他罐檢修吹洗的污油，油中還夾雜有鐵銹等雜質(zhì)，這類介質(zhì)雷達(dá)液位計(jì)無(wú)法測(cè)量。只有待工藝吹掃完才能安裝使用。

[維修小結(jié)]在處理故障前曾查看 DCS 的液位趨勢(shì)曲線，液位突然為*大，接著又大幅波動(dòng)，數(shù)十秒后顯示變?yōu)?85cm，后來(lái)又變?yōu)榱?，再也不變化。本例在處理故障中忽視與工藝的聯(lián)系，耗費(fèi)了時(shí)間和精力。

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