雷(lei)達料(liao)位(wei)計(ji)

壹.雷(lei)達料(liao)位(wei)計(ji)概述

超聲(sheng)波(bo)技術(shu)近幾(ji)年(nian)來(lai)發(fa)展很(hen)快(kuai)，是(shi)目前應用(yong)廣泛的(de)非接(jie)觸(chu)式(shi)測(ce)量(liang)方法(fa)，特(te)別(bie)在液(ye)位(wei)測(ce)量(liang)。在水泥廠超聲(sheng)波(bo)物位(wei)測(ce)量(liang)已較(jiao)普遍應(ying)用(yong)在原料(liao)調(tiao)配(pei)庫、原煤庫、熟(shu)料(liao)庫等，但(dan)超聲(sheng)波(bo)必須借助於媒質(zhi)傳(chuan)播(bo)，如(ru)在水泥廠的(de)儲庫物位(wei)測(ce)量(liang)通常以空氣(qi)作為(wei)傳(chuan)播(bo)介(jie)質(zhi)，而(er)空氣(qi)的(de)溫(wen)度、濕(shi)度、組(zu)分等(deng)的(de)變(bian)化(hua)會(hui)影(ying)響超(chao)聲(sheng)波(bo)傳(chuan)播(bo)速度(du)，空(kong)氣中(zhong)的(de)粉(fen)塵也將(jiang)衰(shuai)減(jian)超(chao)聲(sheng)波(bo)的(de)傳(chuan)播(bo)信(xin)號(hao);當前超聲(sheng)波(bo)物位(wei)測(ce)量(liang)僅用(yong)於測(ce)量(liang)塊料(liao)或顆(ke)粒(li)狀的(de)物料(liao)，對(dui)粉(fen)倉(cang)料(liao)位(wei)的(de)測(ce)量(liang)，由(you)於粉(fen)倉(cang)料(liao)位(wei)表(biao)面在下(xia)料(liao)時非常疏松(song)，對超(chao)聲(sheng)波(bo)信號(hao)有較(jiao)強(qiang)的(de)衰(shuai)減(jian)，故(gu)至今還(hai)沒有測(ce)粉(fen)倉(cang)料(liao)位(wei)成(cheng)功的(de)先例(li)。

九(jiu)十年(nian)代(dai)末期(qi)，在過程(cheng)檢(jian)測(ce)領(ling)域(yu)出(chu)現(xian)了(le)高(gao)性(xing)能(neng)、低價(jia)格(ge)的(de)微(wei)波(bo)物位(wei)計(ji)即(ji)雷(lei)達料(liao)位(wei)計(ji)，所謂微(wei)波(bo)是(shi)電磁(ci)波(bo)，其頻(pin)率(lv)範(fan)圍(wei)為(wei)300MHz~300GHz, 微(wei)波(bo)的(de)傳(chuan)播(bo)速度(du)為(wei)3x108 m/s, 如(ru)設(she)頻(pin)率(lv)為(wei)5. 8GHz, 在大(da)氣(qi)中(zhong)波(bo)長約為(wei)52mm，其(qi)穿(chuan)透力強(qiang)，傳(chuan)播(bo)速度(du)不(bu)受粉(fen)塵、蒸(zheng)汽及介質(zhi)組(zu)分的(de)影(ying)響，傳(chuan)播(bo)衰(shuai)減(jian)也很(hen)小(xiao);對(dui)被測(ce)固(gu)體(ti)物料(liao)除(chu)要(yao)求(qiu)其(qi)介(jie)電常數(shu)ε>1.8外(wai)，物料(liao)的(de)溫(wen)度、壓(ya)力、密(mi)度(du)等(deng)幾乎(hu)不影(ying)響對(dui)其(qi)準(zhun)確(que)的(de)測(ce)量(liang);現有雷(lei)達料(liao)位(wei)計(ji)在天線設(she)計(ji)和(he)形狀確(que)保了(le)接(jie)受(shou)回波(bo)的(de)能量(liang);另(ling)外(wai)現場(chang)調試(shi)也十分簡(jian)單(dan)，通過的(de)軟件(jian)，能把正(zheng)確(que)的(de)回波(bo)迅速找(zhao)到(dao)，並(bing)立(li)即(ji)換(huan)算(suan)為(wei)物位(wei)值(zhi)。由(you)於比超(chao)聲(sheng)料(liao)位(wei)計(ji)有其更(geng)的(de)性(xing)能(neng)，近幾年來(lai)，雷(lei)達料(liao)位(wei)計(ji)迅速、大(da)量(liang)進入了(le)過程(cheng)檢(jian)測(ce)儀(yi)表的(de)市場，在各(ge)行(xing)業(ye)普遍使(shi)用(yong)。在水泥行業也幾(ji)乎由(you)雷(lei)達料(liao)位(wei)計(ji)統(tong)占(zhan)物位(wei)測(ce)量(liang)的(de)領域(yu)，據(ju)統(tong)計(ji)近(jin)幾年來(lai)新設(she)計(ji)的(de)大型(xing)水泥廠和粉(fen)磨站(zhan)的(de)各類(lei)庫和倉(cang)近(jin)90%采(cai)用(yong)了(le)各(ge)種類(lei)型的(de)雷(lei)達料(liao)位(wei)計(ji)，天威公(gong)司(si)的(de)PLUS54現場(chang)總(zong)線型PA雷(lei)達料(liao)位(wei)計(ji)，還(hai)成功用(yong)在雲(yun)南(nan)紅塔滇西水泥公司(si)的(de)3條水泥生產線的(de)八個水泥庫中(zhong)，和(he)其(qi)他(ta)儀(yi)表組(zu)成了(le)新(xin)型(xing)的(de)FCS系統。
 

二(er).雷(lei)達料(liao)位(wei)計(ji) 雷(lei)達料(liao)位(wei)測(ce)量(liang)原理(li)和主要(yao)技(ji)術(shu)因素(su)

雷(lei)達料(liao)位(wei)計(ji)是(shi)利用(yong)回波(bo)測(ce)距原理(li)。發(fa)射(she)天線向被(bei)測(ce)目(mu)標發(fa)射(she)微(wei)波(bo)，被測(ce)目(mu)標的(de)微(wei)波(bo)被接(jie)收(shou)天線接(jie)收(shou)，信號(hao)處理(li)器將(jiang)發(fa)射(she)信(xin)號(hao)與接(jie)收(shou)信號(hao)比(bi)較(jiao)，計(ji)算(suan)出被測(ce)距離，並(bing)可(ke)算(suan)出(chu)相(xiang)應(ying)的(de)物位(wei)值(zhi)。

微(wei)波(bo)脈沖(chong)來(lai)回傳(chuan)播(bo)時間t由(you)下(xia)式(shi)決定(ding):

t= (1)

式(shi)中(zhong)a-天線到被(bei)測(ce)目(mu)標的(de)距離

c-微(wei)波(bo)傳(chuan)播(bo)的(de)速度(du)(光速)

由(you)於微(wei)波(bo)在傳(chuan)播(bo)途(tu)徑上有衰(shuai)減(jian)和(he)幹(gan)擾(rao)反射(she)，故(gu)測(ce)量(liang)的(de)關鍵(jian)是(shi)要(yao)能(neng)接(jie)收(shou)到反射(she)回(hui)波(bo)，並(bing)識(shi)別(bie)出(chu)有效(xiao)回波(bo)。接(jie)收(shou)的(de)回波(bo)能量Pk可用(yong)簡(jian)化(hua)的(de)雷(lei)達方程(cheng)表(biao)示如(ru)下(xia):

Pk=Pτx C x GiGtGr/r4 (2)

式(shi)中(zhong): Pτ-天線輻(fu)射(she)功(gong)率(lv)

C --- 經(jing)驗(yan)系數(shu)，由(you)經(jing)驗(yan)決定(ding)

Gi--- 由(you)目(mu)標表(biao)面介(jie)電特(te)性(xing)及(ji)面積(ji)決定(ding)的(de)反射(she)增(zeng)益(yi)

Gt，Gr-天線發(fa)射(she)和(he)接(jie)收(shou)效(xiao)率(lv)

r-天線與目標(biao)間的(de)距離

從(cong)式(shi)(2)知:接(jie)收(shou)的(de)回波(bo)能量大小(xiao)與天線的(de)發(fa)射(she)和(he)接(jie)收(shou)效(xiao)率(lv)以及天線輻(fu)射(she)功(gong)率(lv)有關，故雷(lei)達料(liao)位(wei)計(ji)的(de)天線設(she)計(ji)和(he)形狀很(hen)關鍵(jian)關鍵(jian)，現(xian)有的(de)天線除(chu)號(hao)角(jiao)天線(喇叭(ba)口)和(he)棒(bang)狀天線外(wai)，還有平面(mian)天線和拋物面天線，為(wei)用(yong)於介電常數(shu)較(jiao)小(xiao)的(de)物料(liao)，將(jiang)纜繩(sheng)作為(wei)天線或安(an)裝導(dao)波(bo)管，纜繩(sheng)和導(dao)波(bo)管壹直延伸(shen)到(dao)庫或倉(cang)底(di)，由(you)此(ci)來(lai)傳(chuan)遞(di)發(fa)送(song)和(he)接(jie)收(shou)的(de)電磁(ci)波(bo)，增(zeng)強(qiang)了(le)回(hui)波(bo)的(de)信號(hao)。

從(cong)式(shi)(2)還知:接(jie)收(shou)的(de)回波(bo)能量大小(xiao)與物料(liao)表(biao)面(mian)的(de)介電特(te)性(xing)有關，介電常數(shu)ε高(gao)，反射(she)率(lv)高(gao)，得到的(de)回波(bo)強(qiang)度(du)也高(gao);介(jie)電常數(shu)ε低(di)，物料(liao)會(hui)吸(xi)收(shou)部(bu)分微(wei)波(bo)的(de)能量(liang)，回(hui)波(bo)強(qiang)度(du)也較(jiao)低。通常要(yao)求(qiu)被(bei)測(ce)物料(liao)的(de)介電常數(shu)ε:液(ye)體為(wei)ε>1.8,固(gu)體(ti)ε>2.5， 水泥廠固(gu)體(ti)ε>2.5，水泥的(de)介電常數(shu)ε為(wei)3。

在水泥工廠(chang)，各(ge)種固(gu)體(ti)物料(liao)儲(chu)存(cun)在庫或倉(cang)裏(li)，都(dou)存(cun)在物料(liao)的(de)安息角(jiao)，回波(bo)反射(she)也會(hui)象(xiang)超(chao)聲(sheng)波(bo)壹樣(yang)存(cun)在漫(man)反射(she)，產(chan)生幹擾(rao)回波(bo)和假(jia)回波(bo)，通過軟件(jian)可排除(chu)幹(gan)擾(rao)回(hui)波(bo)和假(jia)回波(bo)，但有效(xiao)回波(bo)強(qiang)度(du)會(hui)減(jian)少很(hen)多(duo)，故設(she)計(ji)選(xuan)型時，要(yao)考(kao)慮(lv)衰(shuai)減(jian)，選(xuan)量(liang)程(cheng)要(yao)留(liu)有壹定(ding)的(de)余量。

三(san)   雷(lei)達料(liao)位(wei)計(ji)選(xuan)型

1.脈沖(chong)型(xing)和調頻(pin)連續波(bo)雷(lei)達

用(yong)於測(ce)物位(wei)的(de)雷(lei)達料(liao)位(wei)計(ji)通常分為(wei)兩(liang)類(lei):脈沖(chong)型(xing)雷(lei)達(Pulse)和(he)調(tiao)頻(pin)連續波(bo)雷(lei)達(FMCW)。在過程(cheng)監(jian)測(ce)場(chang)合(he)主要(yao)選(xuan)用(yong)脈(mai)沖(chong)型(xing)雷(lei)達，由(you)於其頻(pin)率(lv)較(jiao)低(6.3GHz)，並(bing)且(qie)在天線結構(gou)設(she)計(ji)時充(chong)分考(kao)慮(lv)了(le)冷(leng)凝(ning)、積(ji)料(liao)等(deng)影(ying)響，還(hai)能(neng)利用超(chao)聲(sheng)波(bo)料(liao)位(wei)計(ji)中(zhong)的(de)回波(bo)信號(hao)處理(li)，在有攪(jiao)拌(ban)器(qi)等(deng)復(fu)雜(za)工況(kuang)中(zhong)也能(neng)識別(bie)有效(xiao)回波(bo)，價(jia)格(ge)相(xiang)對(dui)也較(jiao)便宜(yi)，故(gu)在水泥行業中(zhong)主要(yao)采(cai)用(yong)了(le)以江(jiang)蘇(su)建恒公司(si)為(wei)代(dai)表(biao)的(de)JH-UHZ型脈(mai)沖(chong)型(xing)雷(lei)達和(he)E+H的(de)Micropilot M FMR型，調(tiao)頻(pin)連續波(bo)雷(lei)達由(you)於發(fa)射(she)功(gong)率(lv)大(da)，量(liang)程(cheng)大(da)，價(jia)格(ge)也有較(jiao)大下(xia)降(jiang)，而(er)且可(ke)靠(kao)性(xing)高(gao)，故(gu)近(jin)在水泥行業已(yi)較(jiao)多采(cai)用(yong)了(le)以江(jiang)蘇(su)建恒公司(si)為(wei)代(dai)表(biao)的(de)JH-UHZ型調(tiao)頻(pin)連續波(bo)雷(lei)達。

2.顆(ke)粒(li)狀物料(liao)的(de)選型(xing)

在水泥廠原料(liao)大(da)多(duo)是(shi)顆粒(li)狀物料(liao)，少數(shu)是(shi)塊料(liao)，如(ru)石(shi)灰(hui)石(shi)、原煤、頁(ye)巖等，其(qi)半成(cheng)品(pin)熟(shu)料(liao)也是(shi)顆粒(li)狀物料(liao)，儲(chu)存(cun)在庫或倉(cang)裏(li)，都(dou)存(cun)在物料(liao)的(de)安息角(jiao)，但也有反射(she)介(jie)面(mian)。根據(ju)入料(liao)和(he)卸料(liao)所形成的(de)物料(liao)安(an)息角(jiao)和表面情況，在確(que)定(ding)有效(xiao)量程(cheng)後，建議采(cai)用(yong)非接(jie)觸(chu)型的(de)雷(lei)達料(liao)位(wei)計(ji)，即(ji)帶(dai)有棒形或號(hao)角(jiao)形天線的(de)料(liao)位(wei)計(ji)。如(ru)用接(jie)觸(chu)型的(de)雷(lei)達料(liao)位(wei)計(ji)，會(hui)產生對纜繩(sheng)較(jiao)大的(de)下拉力，造(zao)成事(shi)故。根據(ju)水泥廠信息反饋(kui)，號(hao)角(jiao)形天線的(de)料(liao)位(wei)計(ji)回(hui)波(bo)更強(qiang)，精確度更高(gao)(±0.2~±1% F.S),常用(yong)型(xing)號(hao)為(wei)JH-UHZ

3.粉(fen)狀物料(liao)的(de)選型(xing)

在水泥廠和粉(fen)磨站(zhan)水泥庫壹般有4~8個，在水泥廠還有生料(liao)均(jun)化(hua)庫和粉(fen)煤灰(hui)庫，這些物料(liao)全是(shi)粉(fen)料(liao)，非常難(nan)測(ce)其(qi)料(liao)位(wei)。在庫裏(li)的(de)粉(fen)料(liao)表(biao)面(mian)非常疏松(song)，微(wei)波(bo)反射(she)相(xiang)當困難(nan)，為(wei)此(ci)建(jian)議采(cai)用(yong)接(jie)觸(chu)型雷(lei)達料(liao)位(wei)計(ji),也可(ke)選用(yong)da法(fa)蘭的(de)帶(dai)有號(hao)角(jiao)天線的(de)非接(jie)觸(chu)型雷(lei)達料(liao)位(wei)計(ji)，較(jiao)典型(xing)的(de)產品(pin)有VEGA-FLEX52K和E+H的(de)FMP40纜式(shi)雷(lei)達料(liao)位(wei)計(ji)，它(ta)實際上是(shi)把纜繩(sheng)既(ji)當天線又作導(dao)波(bo)管，合(he)二(er)為(wei)壹，微(wei)波(bo)脈沖(chong)從(cong)探(tan)頭發(fa)出(chu)後沿纜繩(sheng)傳(chuan)播(bo)，當脈沖(chong)遇(yu)到物料(liao)表(biao)面(mian)時會(hui)被(bei)反射(she)回(hui)來(lai)，其量程(cheng)可(ke)達35m，被(bei)測(ce)物料(liao)的(de)介電常數(shu)ε低(di)為(wei)1.6,另(ling)外(wai)纜繩(sheng)的(de)耐磨和忍受(shou)的(de)大下(xia)拉力，能(neng)滿足(zu)水泥廠各類(lei)粉(fen)料(liao)庫的(de)檢測(ce)要(yao)求(qiu)。目(mu)前已有許(xu)多(duo)水泥廠用纜式(shi)雷(lei)達料(liao)位(wei)計(ji)測(ce)量(liang)水泥庫和粉(fen)煤灰(hui)庫的(de)料(liao)位(wei)，取(qu)得較(jiao)好的(de)效(xiao)果，如(ru)海螺(luo)荻港、浙(zhe)江(jiang)三(san)獅(shi)、陜西耀縣(xian)、甘肅祁(qi)連(lian)山(shan)等(deng)水泥廠。由(you)於均化(hua)庫的(de)工況(kuang)復(fu)雜，建(jian)議采(cai)用(yong)VEGA-PULS68或西門(men)子的(de)產品(pin)，型(xing)號(hao)為(wei)SITRANS LR400，24GHz，量(liang)程(cheng)大(da)為(wei)45m，四(si)線制。

4.二(er)線制

目前使用(yong)的(de)雷(lei)達料(liao)位(wei)計(ji)大(da)多是(shi)壹體化(hua)的(de)產品(pin)，由(you)二(er)線制供電，可(ke)直接(jie)接(jie)控(kong)制系統的(de)模塊，輸(shu)出4~20mA的(de)模擬(ni)信(xin)號(hao)，可(ke)節(jie)省(sheng)大(da)量(liang)電纜;同(tong)時還(hai)提(ti)供(gong)HART數(shu)字(zi)信號(hao)和(he)各種協(xie)議的(de)現場(chang)總(zong)線的(de)數(shu)字(zi)通信功(gong)能，和(he)計(ji)算(suan)機監(jian)控(kong)系統連(lian)接(jie)非常方便(bian)，既(ji)可(ke)在現(xian)場(chang)調(tiao)試;也可(ke)用PC 機在控(kong)制室調試，如組(zu)成FCS系統還(hai)可在操作員(yuan)站(zhan)調(tiao)試。

四(si). 結(jie)論

水泥廠的(de)物位(wei)測(ce)量(liang)是(shi)水泥生產線自動化(hua)系統壹個重要(yao)組(zu)成部分，雷(lei)達料(liao)位(wei)計(ji)的(de)應用(yong)解(jie)除(chu)了(le)人們對水泥廠的(de)物位(wei)測(ce)量(liang)的(de)疑慮(lv)，現有雷(lei)達料(liao)位(wei)計(ji)在品(pin)種、精確度、標準(zhun)材(cai)料(liao)、耐壓(ya)、耐高(gao)溫(wen)、防爆等(deng)方面(mian)都(dou)能滿足(zu)水泥廠檢測(ce)和(he)控(kong)制的(de)要(yao)求(qiu)。選(xuan)型(xing)優(you)勢(shi)

調頻(pin)連續波(bo)雷(lei)達料(liao)位(wei)計(ji)的(de)技術(shu)優(you)勢(shi):用於液體(ti)或固(gu)體(ti)的(de)非接(jie)觸(chu)液位(wei)變(bian)送(song)器(qi) 不(bu)受電導(dao)常數(shu)，溫(wen)度，壓(ya)力和(he)密(mi)度(du)變(bian)化(hua)影(ying)響， 雷(lei)達料(liao)位(wei)計(ji)的(de)精度可達±1mm 測(ce)量(liang)範(fan)圍(wei)可達100m ，罐(guan)底(di)跟(gen)蹤(zong)(TBF)方式(shi)用於測(ce)量(liang)低電導(dao)常數(shu)，介(jie)質(zhi)法(fa)蘭溫(wen)度可達250ºC 介(jie)質(zhi)溫(wen)度-60ºC-600ºC 壓(ya)力可(ke)達64bar HART，通訊方式(shi)PA，FF，RS485 ATEX爆炸測(ce)試(shi)認證。

導(dao)波(bo)雷(lei)達料(liao)位(wei)計(ji)的(de)技術(shu)優(you)勢(shi):雷(lei)達料(liao)位(wei)計(ji)對(dui)液體、顆(ke)粒及漿(jiang)料(liao)連(lian)續(xu)物位(wei)測(ce)量(liang)。測(ce)量(liang)不受介質(zhi)變(bian)化(hua)、溫(wen)度變(bian)化(hua)、惰(duo)性(xing)氣(qi)體及蒸汽、粉(fen)塵、泡(pao)沫(mo)等的(de)影(ying)響。雷(lei)達料(liao)位(wei)計(ji)的(de)精度為(wei)5mm，量(liang)程(cheng)60米(mi)，耐250度高(gao)溫(wen)、40公斤(jin)高(gao)壓(ya)，雷(lei)達料(liao)位(wei)計(ji)適用於爆炸(zha)危(wei)險(xian)區域(yu)。

技(ji)術(shu)參(can)數(shu)

MONITOR 四(si)線導(dao)波(bo)雷(lei)達料(liao)位(wei)計(ji)的(de)參(can)數(shu)如(ru)下:

精 度 液體:量(liang)程(cheng)小(xiao)於6m時，5mm/測(ce)量(liang)值0.02%

固(gu)體(ti):20mm

溫(wen)度漂移 0.01%/℃

重 復 性(xing) 0.3mm或1mm

介(jie)質(zhi)溫(wen)度 -50~250℃

法蘭溫(wen)度 -30~200℃/150℃防爆(bao)型(xing)

環(huan)境溫(wen)度 -20~50℃

耐 壓(ya) 40bar/可(ke)選(xuan)100bar(在20℃並(bing)使(shi)用(yong)316SS法(fa)蘭)

表頭顯示 LCD可(ke)選(xuan)

標準(zhun)輸(shu)出 4~20mA/HART/RS485/Profibus-PA/FF

故(gu)障(zhang)診(zhen)斷(duan)輸(shu)出 22mA

供(gong) 電 100~240VAC/ 21~27VDC

外(wai)殼材(cai)料(liao) 鑄(zhu)鋁還(hai)氧(yang)塗(tu)層(ceng)

防護(hu)等(deng)級(ji) IP67

防 爆(bao) ATEX II 1G 或II 1/2 D T 100℃ EEX ia II

C T6...T3或EEX ia II B T6...T3

重 量 8Kg(無(wu)探頭)/9Kg(無(wu)探頭，防爆(bao))