根據行業趨勢為特定應用選擇合適的導波雷達液位測量系統

很少有測量在應用，操作和變化方面同樣普遍和廣泛。該測量被定義為確定兩個媒體之間的現有接口的位置。這些介質通常是流體，但它們可以是固體或固體和流體的組合。界面可存在于液體和氣體，液體及其蒸氣，兩種液體，或顆粒或流化固體和氣體之間。


許多技術可用于測量這些接口，每種接口都有自己的優勢和局限性。較佳選擇取決于具體應用的性質，包括要測量的過程，所需的準確度和可靠性，以及經濟考慮和約束。設計工程師必須具備各種類型的測量設備的工作知識，作為選擇和實施較適合特定應用的系統的指南。以下是目前使用的水平測量方法列表：
視覺
液壓頭
可變置換器
電容
電導
聲波和超聲波
雷達
光纖
核
熱
激光
重量和稱重傳感器
旋轉和振動槳
靜壓罐測量（HTG）
對于特定應用選擇大量類型和設備以便選擇可行的方法，這可能是一項艱巨的任務，特別是對于測量領域的新手或初學者而言。本文將介紹較常見的關卡技術，重點是頭型和雷達。

視覺測量技術
該方法包括熟悉的應用，例如視鏡，蘸棒，引線，帶有砝碼的鋼帶，以及通過透明或半透明容器簡單地觀察產品的存在。雖然這些技術可靠，準確且易于執行，但缺乏信號生成或傳輸可能限制這種使用。API手冊中定義了一種自動儲罐計量器（ATG），它是“一種儀器，可以連續，定期或按需自動測量和顯示一個或多個儲罐中的液位或空隙（儲罐中的空隙）。” 通常需要傳輸信號并與電平成比例。帶有特殊設計編碼器的浮子和電纜布置用于跟蹤連接到浮子的穿孔帶的運動。

可變排量測量裝置
當物體的重量總是比其浸入其中的等體積的流體重時，完全浸沒會導致物體永不漂浮。盡管物體（置換器）從不漂浮在液體表面上，但它確實呈現液體中的相對位置，并且隨著液位沿著置換器的長度上下移動，置換器經歷由浮力引起的重量變化。液體 置換器位置的微小變化將用于指示或產生與水平成比例的信號。

頭部水平測量
許多液位測量技術基于靜水壓頭測量原理。從該測量中，可以推斷出水平值，并且通常以線性測量（例如英尺或英寸）校準，并且直接讀取水平，因此消除了轉換的需要。這種液位測量裝置在各種工業中都很常見。
當水箱中的水位升高時，由該水頭壓力產生的力被施加到換能器的測量側，導致儀器輸出增加。由頭壓引起的該儀器響應用于推斷水平值。大氣壓力的變化不會影響測量，因為這些變化適用于壓力傳感器的兩側。
必須考慮流體的比重以建立水平和壓力之間的關系。如果流體較輕，則由特定液體柱施加的壓力較小。對于較重的液體，壓力會更大。

空氣吹掃或泡沫系統
空氣吹掃或氣泡系統由通常為1/2英寸管的管或液面中的1/4英寸管組成。供應空氣堵塞后，管內的水位將與水箱中的水位相等。當來自調節器的空氣壓力增加直到管中的水被空氣置換時，管上的空氣壓力等于置換液體所需的壓力 - 并且也等于管中液體的液壓頭。

雷達測量概述
可以描述微波計的功能，其中應變計及其環境分為五個部分：微波電子模塊，天線，罐氣氛，附加傳感器（主要是溫度傳感器）和遠程（或本地）顯示單元。顯示器可以包括一些進一步的數據處理，例如質量的計算。通常，發射器位于容器的頂部，并且固態振蕩器以選定的載波頻率和波形向下發射電子波，該波形向下瞄準容器中的過程流體的表面。標準頻率為10 GHz。信號由碟形或喇叭型天線輻射，可根據具體應用的需要采用各種形式。一部分波被反射回天線，在那里它被收集并發送到接收器，微處理器確定發射和反射波形的飛行時間。知道波形的速度和行程時間，可以計算從發射器到過程流體表面的距離。檢測器輸出基于這種差異。

接觸和非接觸操作
非接觸式雷達探測器通過使用脈沖雷達波或頻率調制連續波（FMCW）進行操作。在脈沖波操作中，發送短時雷達脈沖，并使用渡越時間計算目標距離。FMCW傳感器發出連續的頻率調制信號，通常是連續（線性）斜坡。頻率差異 - 由發射和接收之間的時間延遲引起 - 表示距離，它直接推斷出水平。
梁的低功率允許金屬和非金屬容器的安全安裝。當處理材料是易燃的并且蒸汽空間中的材料的成分或溫度變化時，可以使用雷達傳感器。
接觸式雷達測量裝置沿線將脈沖發送到汽 - 液界面，其中材料的電介質的突然變化導致信號被部分反射。測量飛行時間，并計算信號所經過的距離。信號的未反射部分傳播到探頭的末端并給出零參考點的信號。接觸式雷達可用于液體和小顆粒散裝固體。在雷達應用中，處理材料的反射特性將影響傳輸的信號強度。液體具有良好的反射性??質，但固體通常不具有。當存在高濃度的灰塵顆粒或其他此類異物時，將測量這些材料而不是液體。

坦克氣氛
雷達信號直接反射在液體表面上，以獲得精確的液位測量。存在的任何灰塵或霧氣顆粒必須沒有顯著影響，因為這些顆粒的直徑遠小于3厘米。雷達波長。對于波長較短的光學系統，情況并非如此。對于罐的蒸汽空間中的一些特定產品，可能存在輕微的測量誤差; 當組合物在無蒸氣和完全飽和條件之間變化時尤其如此。對于這些特定產品，可能需要進行壓力和溫度測量以進行補償。這種補償是由設備制造商提供的罐智能系統中的軟件完成的。

探測結束算法
當沒有從產品返回的反射時，探測結束算法可用于導波雷達。這項新技術創新提供了向下看的飛行時間，允許導波雷達液位計測量系統測量從探頭安裝到材料水平的距離。電磁脈沖沿金屬電纜或桿傳輸和引導，金屬電纜或桿用作表面波傳輸線。當表面波遇到周圍介質中的不連續性時，例如介電常數的突然變化，一些信號被反射回源，在那里檢測并定時。未被反射的信號部分傳播并在探頭末端反射。

通過時域反射測量進行界面檢測
液體/液體測量可以由導波雷達提供，也稱為時域反射計（TDR），其類似于脈沖雷達，但是基于導體并且與沒有載波頻率的電脈沖一起使用。該技術特別適用于界面測量，因為減少了信號減弱并減少了油箱幾何形狀的干擾。

雷達液位計測量系統
近年來，油輪船上使用的雷達級測量技術已用于煉油廠和油庫。它具有高度的完整性，可抵抗幾乎所有環境影響，從而實現高水平測量精度; 一個例子是批準雷達自動儲罐計量器（ATG）為1/16英寸。準確性。在石油儲存環境中幾乎所有級別的測量都可以使用為此目的采用的雷達液位計。
雖然雷達液位計技術是過程和制造業中相對較新的引入，但它的可靠性和準確性正在得到尊重。雖然聲波和超聲波物位測量系統的飛行時間原理類似于雷達，但存在明顯的差異。主要區別在于超聲波單元產生的聲波是機械的，并通過材料介質的膨脹傳遞聲音。由于聲波的傳輸需要介質，介質的變化會影響傳播。由此產生的速度變化將影響液位測量。其他因素也會影響傳輸或反射信號，包括灰塵，蒸汽，泡沫，霧氣和湍流。

雷達液位測量的優點和其他特點是：
通常不受蒸氣空間物質和條件的影響
免于坦克中的障礙物
微處理器生成和算法計算提高了準確性和穩定性 - 可用于貿易交接應用
兩線設計
溫度和壓力影響很小，這可以得到補償
免受泡沫引起的錯誤
相對容易安裝和配置
測量跨度高達300英尺
與導絲一起使用來測量液 - 液界面
有些裝置是電池供電的
有些單位是無線的
廣泛用于大型石油工業
在制藥和食品行業中使用有限

水平測量總結
在指定液位測量儀器時，通常會檢查制造商或供應商提供的數據。當用于評估來自不同制造商的設備時，該數據可能難以用于比較實際性能。應考慮儀器位置和安裝，術語表達的差異，給出的詳細程度和完整性以及用于獲取儀器數據的方法等問題。
在非接觸式液位測量應用中，安裝注意事項非常重要，并列出了以下建議以幫助測量系統的整體性能：
材料特性會對測量系統操作的測量質量產生不利影響。
應避免湍流表面條件，并應在嚴重湍流情況下考慮消力池。
傳感器上積聚的灰塵和污垢會降低傳輸和/或接收信號強度。
液體表面上影響能量束反射率的條件可能導致誤差。對于雷達液位計測量系統，這取決于介電常數，應該高于10.低于1.5的水平可以排除雷達應用的使用。
蒸汽空間被認為對透射和反射能量束的能量是透明的。容器的蒸汽部分中對行進波形半透明的材料可以影響能量水平和波形的速度。
超聲波的速度取決于壓力，溫度和蒸汽的成分。有時需要補償或改變蒸汽。蒸汽的狀況應該是恒定的。例如，當啟動，關閉和正常操作期間條件發生變化，并且沒有進行適當的補償時，可能會導致錯誤。
容器的幾何設計和其他條件會影響測量系統的性能。進入或離開容器的轉發器和材料的配置可能導致測量誤差。應避免沿光束路徑在不同點形成固體。內部儲罐結構引起的寄生回波和不穩定的能量反射應由測量系統打折扣。像攪拌器這樣的移動部件會產生錯誤的反射，可以將其感知為水平測量。傳感器的潤濕部分應垂直于液體表面安裝。應避免在傳感器上形成冷凝水。應通過適當安裝和補償虛假回波來避免由錐體，噴嘴和其他幾何形狀的容器引起的多次反射。

根據行業趨勢為特定應用選擇測量技術
較近對大型石油，化工和電力行業的儀器用戶進行的關于特定應用的液位測量方法的調查總結如下：
我們設施用于液位測量的主要技術是較常見的差壓變送器。
仍然使用了大量的置換器。
對于流程中液體密度變化普遍存在的應用，開始使用自由空間和導波雷達。
盡管差壓變送器一直用于汽包水位測量，但是利用導波雷達液位計測量系統，以便不需要補償蒸汽鼓和引線之間的溫差。
導波雷達測量是準確的，并且適用于許多類型的安全系統。
正在研究用于補償水，蒸汽和參考腿密度的HTG應用。
在我們的設施中，我們使用超聲波，電容和差壓變送器，帶或不帶遠程密封和毛細管。導波和空中雷達系統正變得越來越突出。
許多基于電容水平的測量系統正在被導波雷達液位計測量系統取代。
對于水平和界面測量應用，在可能的情況下，氣泡管系統正在被導波雷達液位計測量系統取代。這部分是由于旋轉計問題和管路中漏氣的固有問題。
導波雷達液位計測量系統的大多數問題都可以追溯到不正確的調試，啟動程序以及油箱內的障礙物，例如熱電偶套管，管道支架和其他導致寄生回波的相關物品。
盡管利用毛細管密封來減輕與濕腿應用相關的其他問題（即，由于泄漏和濕腿內部的沉積污染導致的濕腿液的損失），但是過程流體中的比重變化沒有得到補償。導波雷達液位計測量技術經常取代需要濕腿的系統。