导波式微波物位计的原理及应用Word文件下载.docx
《导波式微波物位计的原理及应用Word文件下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《导波式微波物位计的原理及应用Word文件下载.docx（25页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
根据这两个回波的不同时间差，可以计算出两层液体的液面位置。
三、等效时间取样（ETS）技术
TDR用于电缆断点定位时，由于断点距离往往是几公里或更远，定位精度也不需要很高,而用于物位测量时，距离要小得多最多是数十米，而微波以光速传播，故时间差是很小的，如以量程20m的储罐为例，微波脉冲往返一次的时间约为133ns,实实际那测量这么小的时间差并且达到足够精度（%F*S）是困难的。
在应用TDR到物位测量中，等效时间取样或ETS技术是关键，它能处理高速，低功耗的电磁脉冲群。
当采用连续发射脉冲群时，每个发射脉冲都可以得到一个回波。
故脉冲波形是多次重复
的°
ETS技术实时捕捉这些微波脉冲，并以扫描取样方式在每个周期中取一小段，并且顺时延后取样时间，每次扫描采集多达几万个取样点，将这些取样点重新组合成一个波形，其形状和单个波形是一样的，但周期扩大了，例如上面例子，可以通过等效时间取样方式，重建一个一样形状的回波曲线，但发射波与接收波之间时差为200ms。
这样的时间差和超声物位计所检测的时间差是相同数量级的，是非常容易测量的，而且其后的回波处理也可借用超声物位计的处理软件。
CoaxialSteamProbe
四、探头（波导体）的结构种类
导波雷达与自由空间雷达的最大差别是，后者徴破是在自由空间传播，而前者是沿导波体传播，所以必须有导波体，我们通常称为探头。
其形式上与电容式物位计探头相似，其长度必须覆盖整个测量量程。
探头结构形式决定其基本性能，常用的探头有三种形式。
同轴式、双杆式、单杆式。
每种都有特定的优点及局限性，因此应用时选型是很重要的。
（1）、同轴式探头
同轴式探头是所有结构中最有效的并且在所有应用场合中应该首先考虑的。
其结构如图
（2）所示，由一根金属棒及一根金属圆管同轴安装而成，微波脉冲在棒和圆管内的空间传播，由于微波传播的电磁场完全被封闭在金属外套管和金属棒之间，能量不扩散，也不会受到外界电磁场影响，所以传播效率高，即使对介电常数极低（er=）的应用场合，液面反射信号很小，也能较好地传播及被接受，讯橐比高，所以可以适用的介电常数下限最低（约er=）,但是管内壁挂料或积垢会产生干扰回波，造成测量不可靠，一般应用于清洁液体。
由于结构上的限制，其最大量程约为6m。
同轴式探头为了适应不同工况，其探头机械设计是不一样的，选型时要问清工况，表
（1）列出了同轴式探头的不同型号及其应用时的注意要。
表
（1）
（2）、双杆式探头
双杆式探头由两根平行的金属杆组成，与同轴式探头之间的差别类似于电视机旧式平行双芯天线引入线与现代同轴电缆之间的差别。
平行双芯电缆没有同轴电缆传输效率高，双杆式的灵敏度也不如同轴式探头灵敏度高，所以这种结构的探头可以测量最低介电常数er>
20
探头的结构及电磁场如图（3）所示，电磁场不仅在两杆之间形成，还向外扩展，可以如果附近有金属导体靠近，会产生影响。
双杆式探头开放式的设计方案使在探头上挂料的影响较小，但两杆之间物料搓挤，或在隔离器上结垢会导致测量异常。
也可以用柔性金属缆组成双杆式探头，长度可达35叫表II是列出了双杆式探头的不同型号及其应用时注意点。
液体、散状固体料位都可应用。
DualRigidRod
Probesei
Intooduction
Faatures
ProbeID7xB7ML1302-1xxxx-xxxx
・Two12.5mm（0.5inch）parallelrods
•Generalpurposeprobe,dk>
1.9
-3”（80mm）orlargerchamber
■Vrscosrty<
1500cp
■RigidProbelengthsto61m（20feet）
Processtemperaturesto200°
C（400*F）
■316LStainlessSteelstandard
・HastelloyCandMoneloptional
Dp?
19
（3）单杆式探头
单杆式探头是结构最简单的探头，由一根金属杆（或柔性金属缆）构成。
其电磁波脉冲在导波杆与安装法兰/螺纹（包括金属顶板）之间形成，脉冲沿导波杆向下传播，它的基准点（或地）在储罐顶部。
微波脉冲的发射与传播效率与储管顶部探头附近有多少金属表面直接相关。
图（3）表示单杆式的结构图，还表示出以储罐顶部为地的电磁场的形状，如同泪珠。
单杆式的发射及传播效率最低，所以通常对被测介质要求£
r>
10o介电常数过低因反射信号
弱不能可靠工作。
但对探头上挂料及结垢不敏感。
对于挂料的场合，可选用带PTFE涂层的探头，既能耐强腐蚀，又能防黏附。
使用范围广。
另外，由于其电磁场是开放的，故测量受物体接近能度影响较大。
如果使用时靠近金属護壁安装，与之平行的金属壁相当于平行的另一根杆，所以微波脉冲的发射与传播效率都可提高。
同时其他金属物体（管道、横梁等）靠近探头位置时，也可能被当作物位而产生反射
波。
SingleRigidRod
Introduction
Features
Somethingnew
Applications
Setup
Compaction
S^losTools
ProbeID7xF7ML1303-xxxxx-xxxx
■Solid12mm（05inch）rod
・dk>
19whenusedinchambersocclosetosidewallsofvessel（50to150mm）（2*to6U）Outsidetheseconditionsdk三10
・
A2.DfSCfP32
HighViscosityapplications,（~10,000cp）
■Immunetohighdielectricbuild-up
•*HighPressure/Temperatureoptions（316C165Bar（605F2400psi）
Rigidprobesto61m（20feet）316LStainlessSteelstandard
・HastelloyC/Moneloptionsavailable
・PFAcoatingoptional（7ML1303-1JHE）
・Sanitaryprocessconnections
Ncr^mtief200?
SemewMtocnu
五、性能特点及选型要点：
1,导波雷达有以下特点：
（1）低功耗，24VDC,两线制回路供电，4〜20nv\DC/Hart输出
（2）液体，散状固体都能测量，量程可达22.5m,精度0o1%FS
（3）能同时测量分层液体的液面及液-液界面，量程大6m
（4）探头高温可耐427°
C,低温可耐-195°
C
高压可耐43Mpa,真空也可应用
（5）独特的探头结构可应用与特殊工况，如高温高压蒸汽，液-液截面，满罐测量，卫生场合等
（6）比重，介电常数等物理参数变化不会影响测量精度
（7）•
U）能测量介电常数低达的物料物位（如丙烷、乙烷）
（9）有本安、隔爆、组燃等多种安全认证。
2,以上宽范围的工况，并不是一种型号的探头能满足的，从前叙探头结构的列表中可以看出，每种探头的规格参数的性能是不同的，所以选型时主要是选择探头的型号，必须考虑以下几点：
（1）被测物料的介电常数
（2）被测物料的量程（探头长度必须覆盖整个量程）
（3）过程压力及温度
（4）被测过程有否水蒸气等
（5）探头接液材质的化学兼容性，是否有积料
（6）安装状态：
主管尺寸，顶部净空
（7）在固态物料应用时，要考虑探头可能受到的拉力。
3,安装时的注意点;
（1）,立管
在金属容器上通常通过安装立管来安装探头。
同轴式探头对安装立管无特殊要求，单杆式和双杆式探头对靠近金属物体敏感，所以单杆式要求立管直径A22"
（50mm）,双杆式要求AM3"
（80mm）。
两者都要求立管直径A与立管长度B之比A/B21,如果无法满足后面条件，则调整时需对灵敏度和盲区进行调整。
另外，不可采用大小头安装（见图）。
InstallationConsiderations
（2）,金属障碍物
如前所述，对于单杆和双杆式探头，微波脉冲传播时，在杆的周围有电磁场，所以特别是单杆式探头如果在电磁场的范围内有金属物体，就会产生反射波，会产生错误读数。
故安装时要注意避开金属障碍物（见表）。
表：
障碍物
允许的障碍物
离探头的距离
连续，平滑平行的导电表面（如储罐壁）。
探头允许碰到壁
鼻150mm
1"
（①25）直径的管子及横梁，梯子
2300mm
3"
（①80）直径的管子和横梁，混凝土墙
400mm
（3）探头底部绝缘固定
探头的底端应该是稳定的，不允许扰动，否则会带来测量误差，有一种TFE（四氧乙烯）底部绝缘固定件，可用于固定探头底端，并避免探头与金属罐底相接触。
单杆式探头的金属罐内安装时，如果能靠近鏤壁安装，探头与罐壁平行，且不接触，则謹壁相当于另一电极，和双杆式类似。
徴波传播效率会增加，可以测量较低的介电常数的物料。
（dk＞）
Probesotai
Feitures
AppMcottons
LAurxhplate|>
toyk1osld«
jlp<
op4<
iat»
on
CompetitionSalesTools
Ifinstallationswiloccurinopenorncrvmetaliicvessels,asuitablelaunchplatetsrequiredforoptimumperform合nee
Ifusingasingleredversonandathreadedprocessconnection,asteelplatewillenhanceperformance
Aflangeconnectionwouldbeabettersolution
F“C€anpHrdalMrmetaiccrbeusedn$M昭<
rRS】B
23
hosstaMD?
3cmjr«
sM<
rcnc2
AAD^6C/PS2
（4）非金厲罐的安装
在非金属罐内安装时，因为没有金属耀体作接地电极，微波发射效率会降低，建议用法兰方式安装，或用螺纹安装时安装一块金属圆板（见图6）,这样可以得到较理想的徵波发射和接收。
六典型应用实例
■
Applicationsinkeyindustries
Introductton
FaaturQs
Probexolcd
Somethingn
Id^alforhorlzomaicylinders
Setup
Competition
Sai«
sTools
Applicationswith€t«
am;
Applicationswithammonia
“曲"
•阿2007
Moasuromtintinsidopipos/bypass
ApplK3tlonsVAttiturtulerKQ
OS<
«
t.en»
AG2OT7
3丿SC仲幻"
ZSJ
呻aS
1,塑料粒子料位测量
相对介电常数dk>
2
量程:
20m
压力：
大气压
温度:
2or
探头选型：
7ML1302-2,柔性双杆式探头，专用于轻质散状固体料位测量
评述：
塑料粒子由于介电常数较低，用自用空间雷达，反射讯号弱，如采用高频（26GHz）,大量程（lOOm^f程）虽也可以测量，但价格高，采用导波雷达，工作更可靠，价格也低很多。
由于塑料粒子轻，和探头磨损及拉力均不影响，是较合理的选型。
SitransLG200TestSite
2,界面测量
同时读出上层液面及液-液分界及位置使用7ML1301-6同轴式探头，长度回路供电的变送器通过HART通讯输出液面及界面信号
上层液体dK二〜5,底层液体dk>
15使用于淸洁液体及清晰的液-液分界面
评述:
可以用一台仪表同时测量液面及界面，安装使用方便且节约成本，而且可用于有爆炸设备危险场合。
DoorOpenerApplicationsforSiemens
3,锅炉汽包液位测量
可用于锅炉汽包及电动锅炉的低压及高压加热器
采用HT/HP蒸汽型同轴式探头，量程最大6.1m
在压力下最高可耐温343X：
带蒸汽波速补偿算法，补偿蒸汽dk变化的影响
是扭力管式电浮简液位计的升级换代产品
锅炉汽包及高压加热器是同时具有高温，高压及蒸汽的特殊工况。
传统用扭力管型电浮简液位计测量，由于有活动部件，并且需实物标定，维护成本高，导波式雷达液位计无可动部件，不需标定，安装使用方便。
特别对于原来用电浮简液位计的厂家，更换时可利用原旁通管，选用同型号法兰，即可将导波式雷达液位计直接安装在原有旁通管上直接使用。
KeyApplication-DisplacerReplacer
■SitransLG200hastheoptionofproprietaryflangesusedbythemajordisplacermanufacturers.Thisallowsaveryeasyretrofitofaginghlgmaintenancedisplacers
•Mainmanufacturers
-Ftsher（Emersoncompany）
-Masoneilan
Comp^lon
Si*«
sToo<
s
SetUp&
Display
同轴式探头
（7ML1301-1）
同轴式HT/HP探头
（7ML1301-2）
同抽式HP探头
（7ML1301-3）
同轴式/液位满罐型探头
（7ML1301-4）
推荐的应
用：
一般应用：
清洁，低黏度液体
<
150。
C
清洁，高溫/高压液体>
200。
清洁，高压液体
200°
溢出，iS度可达
C清洁，低黏度液体
不推荐的
应用:
挂料，泡沫
挂料，泡沫,蒸汽
挂料，泡沫，蒸汽
接液部材质
选项
316LSS.TFE.VitoneGFLTHastelloye
C.Mone1e
316LSS.Alumina.
Borosi1i-cate・Inconel
X750HastelloyC.Monel
316LSS.TFE.
Borosi1icate.Ineonel
316LSS.TFE.VitonGFLTHastelloyC.Monel
过程密封
VitonGF-LT0形圈
BorosiIicate硼硅酸盐
Borosi1icate硼硅酸盐
VitonGFLT0形
圈
杆/管直径：
标准
08mm"
）杆
022mm"
）管
08mm）杆0
22mm"
）杆022mm，f）
管
08mm*）杆
大口径
015mm）杆
045mm）管
015mm"
）杆045
mm"
mm）管
）tf
045mm"
过程连接
螺纹：
%”NPT.1"
BSP
2"
NPT
%”NPT.\,fBSP
2，rNPT
NPT.1"
BSP
%"
npt.r
法兰
ANSI（DIN）
标准大口径
1to4"
（DN25tol00）
2to4"
（DN50tol00）
（DN50tol00）
（DNSOtolOO）
$
（DN25tol00）
探头长度
60to610cm
（24to240"
）
60to610cm（24to240，r）
60to610cm（24to240，f）
不稳定
区：
顶部
25ran（l"
）©
dk-
150mm（6"
）@dk=
80
无
25mm（l/f）®
dk=
150mm（6z/）0dk=80
底部
）@dk=
25nm（rz）@dk二
150mm（6z/）Qdk=
@dk=80
25mm（l"
）@dk二80
）«
dk
）@dk=
最高过程
温度
150%：
427X?
200X?
200X：
最低过程温度/深冷
-40X：
e7MPa
-1959@13貯8
-195*C©
43MPa
-40r@7MPa
最大过程
压力
7MPa«
+20°
43MPaQ+200C
7MPa0+200C
最小过程压力/真空
可以，非气密
•
可以，气密
（<
10'
cc/secQlatmo-sphere）
104cc/secQ1atmo-sphere）
介电常数
范围
to100
最大黏度（cp）标准
500
1500
挂料/结
垢
不可以
泡沫
9
腐蚀性介
质
可以
卫生型
满嫌
VitonisaregisteredtrademarkofDupontDowElastomers・
HastelloyisaregisteredtrademarkofHaynesInternationa1.
KalrezisaregisteredtrademarkofDuPontDowElastomers・
MonelisaregisteredtrademarkofS
升级会员 