导波雷达液位计测量技术探讨.docx

导波雷达液位计测量技术探讨《航天电子对抗》2016年第6期摘要：液位计是重要的测量仪器在石油和化工行业中发挥着不可或缺的作用。随着信号处理技术和电子技术的快速发展液位计测量技术通过机械开发到机电一体化并且机电一体化和自动化的发展近年来微处理器被引入液位计液水平测量技术发生了革命性的变化。导波雷达液位计是一种在开发过程中广泛应用的智能测量仪器。本实用新型具有应用范围广、抗干扰能力强、功耗低、运行稳定、成本低、能适应测量极端环境的优点。然而与一些昂贵的液位计相比精度不够。因此开发高精度的新型导波雷达液位计是非常重要的。关键词：雷达液位计；液位计；导波雷达0引言无论是在工业生产还是在日常生活中对于液位测量如河流和湖泊水箱测量等特别是在工业生产领域水平测量具有不可或缺的重要作用。在不同的工业领域液位测量要求不一样由于不同的工业领域测量环境不同待测液体测量范围和精度要求不同液位计是一种重要的仪器。在油田、化工等领域已广泛应用液位计来测量液位可以掌握实际的液位值水平从而保证生产的可靠运行为经济核算提供依据。在当前水平测量中测量精度是最重要的指标无论是小型集装箱、大型油罐还是河湖水库。例如：石油和化工工业在使用储油能力很大甚至高100000m3即使测量误差很小的液位也会造成很大的绝对误差的容量值。因此提高任何液位测量系统中液位测量的精度是非常重要的。随着信号处理技术和电子技术的快速发展液位计测量技术通过机械开发到机电一体化并且机电一体化和自动化的发展近年来微处理器被引入液位计液水平测量技术发生了革命性的变化其测量精度和分辨率变高范围从几厘米到几十米越来越智能化、向小型化、集成方向发展[1]。1国内外研究现状和发展趋势通过科研工作者的努力目前市场上有多种液位计。在实际使用中用户可以根据期望的精度和不同的测量环境选择正确的液位计。普通液位计包括伺服液位计、超声波液位计、激光液位计、磁致伸缩液位计、R射线液位计、光纤液位计、雷达液位计等。应用浮力平衡伺服液量计的原理根据液位浮子在被测对象中不同液体对不同浮力重力通过敏感装置测量浮子的重量精确测量液位值。型式液位计采用伺服电机提升自动控制浮子是一种自动跟踪高精度液位计液位的变化其液位测量精度可达±0.7mm测量灵敏度可达0.1mm。动态跟踪误差可达到0.1mm。伺服液位计也可以做出远程信号可以由于不同原因的附加水平而出现钢丝绳重量补偿。此外伺服液位计还可以接口测量液体密度和不同的液体位置参数。液位计几乎没有传动部件因此具有高可靠性。国际上荷兰Enraf公司开发的ATG854和XTG854伺服液位计可以实现+1mm的测量精度。中国打破了国外技术的垄断地位在2003年开发的BJLM-80伺服级中填补了空白液位测量精度可以达到±1mm液体界面的测量精度可以达到±2mm。超声波液位计采用时域反射原理声波在空气中传播当被测液面反射后通过测量发射和反射信号的时间差可以从传感器计算到表面的距离然后得到高度。超声波液位计可以基于智能分析反射信号可以过滤干扰分析信号强度识别多个回波使得即使在干扰的情况下液位计读数也是准确的。使用新型气密超声波液位计可测量高达15m的液位。E+H公司推出FMU40/41超声波液位计可以实现测量精度为2mm。目前与国外产品相比国内超声波液位计的发展相对落后缺点主要体现在测量精度和盲区的距离。国外超声波液位计盲区一般在5cm~10cm测量精度在1％左右的范围内；国内超声波液位计盲区面积约30m测量精度在约1.5％的范围内。雷达液位计是基于电磁波反射原理设计的。它不受介质的粘度密度和蒸气的影响并且具有高精度。使用不同的超声波电磁波传播介质在稀释气体真空或半液体蒸汽的条件下一半扩散其传播速度不受气体和液体的任何波动的影响。因此它可以用于液位测量挥发性液体以及高温高压具有很强的适应能力。根据不同的测量方法雷达液位计可分为两种类型的调频连续波和脉冲类型。2导波雷达液位计的总体方案本主题设计的导波雷达液位计由电路部分和机械部分组成其中电路部分可分为控制和信息处理模块信号调制模块收发器电路模块机械部分分为同轴和同轴波导杆探头两部分。控制和信息处理模块的主要功能是根据要调制的信号和液位计算来控制系统的操作；用于产生发射信号和采样信号的信号调制模块的主要功能以及接收信号处理的反射；主要功能模块的收发电路用于信号传输同轴电缆传输、同轴波导杆以及反射信号采样。同轴电缆和同轴波导杆探头作为电磁脉冲信号的传输介质同轴电缆功能电路和探头顶部的同轴连接液位计波导杆同轴波导杆探头设置在液罐液体垂直进入体内。2.1导波雷达液位计的系统原理本文采用脉冲导波雷达液位计采用时域反射法（TD