本文前言
       液位測量是工業(yè)生產(chǎn)過程中極為重要的參數(shù)指標(biāo)之一，時(shí)至今日，人們已經(jīng)創(chuàng)造出了許多種對于液位的測量的方法，絕大部份的液位測量方法都需要測量儀表要與所測的液體介質(zhì)直接接觸，比如投入式液位變送器，浮球液位計(jì)，這種直接接觸的測量方法有時(shí)在遇到超長量程，超高容器的時(shí)候就顯得力不從心，無論是從安裝還是維護(hù)方便，都相當(dāng)?shù)穆闊?。針對于這種情況，人們又研制了出了不用于測量介質(zhì)直接接觸的液位測量儀表，當(dāng)然這個(gè)要得益于科學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)研究的突破。雷達(dá)波和超聲波遠(yuǎn)距離探測技術(shù)在液位測量領(lǐng)域的使用，就是這一方面極好的補(bǔ)充。



       本文就是針對于雷達(dá)液位計(jì)在實(shí)踐應(yīng)用中的誤差情況予以分析，以幫助用戶能夠更好的使用此類儀表。雷達(dá)液位計(jì)的優(yōu)點(diǎn)很突出，就是耐磨損、耐老化性能高、測量分辨率高。是利用電磁波在被測物料面上的反射及其在空間的行程時(shí)間來測量物位的，其抗干擾性能好、耐高溫高壓、耐老化性能好、安裝方便且精度高，所以應(yīng)用越來越**。隨著液位測量技術(shù)的發(fā)展，雷達(dá)液位計(jì)已逐漸成為主流的工業(yè)液位計(jì)之一，并**應(yīng)用于電力領(lǐng)域，對該類儀表的誤差分析，有助于研究目前雷達(dá)液位計(jì)在電廠設(shè)計(jì)中應(yīng)用的合理性，并可指導(dǎo)電廠設(shè)計(jì)工作。


 

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1非接觸式雷達(dá)液位計(jì)測量原理
　　雷達(dá)液位計(jì)周期性地向被測物料面發(fā)射電磁波脈沖，當(dāng)接收到被測物料面上反射回來的回波后，測量兩者時(shí)間差，即電磁波脈沖的行程時(shí)間，來計(jì)算物料面的距離，如圖1所示，即：
　　
　　式中，h為液位；H為罐高；v為電磁波速度；t為電磁波脈沖從發(fā)射到接收到回波的行程時(shí)間。

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2非接觸式雷達(dá)液位計(jì)的誤差分析
　　由式（1）可以看出，液位h和罐高H是固定的，電磁波脈沖時(shí)間t主要取決于液位計(jì)本身的元器件質(zhì)量和回波處理軟件等，因此，引起雷達(dá)液位計(jì)誤差的主要因素是電磁波在介質(zhì)中的傳播速度。
　　
2.1電磁波的傳播速度
　　電磁波在真空中的傳播速度由下式給出：式中，C0為電磁波在真空中的傳播速度，ε0為真空介電常數(shù)，μ0為真空磁導(dǎo)率。
　　介電常數(shù)ε是介質(zhì)的一個(gè)特性，它影響電荷相互作用力的大小，介電常數(shù)越大，兩個(gè)電荷之間的作用力越小。真空中的介電常數(shù)ε0=8.854×10-12F/m。某種介質(zhì)的介電常數(shù)對真空介電常數(shù)的比被稱為相對介電常數(shù)εr，它是一個(gè)無量綱的參數(shù)，即：
　　
　　在應(yīng)用電磁波來檢測物位時(shí)，被測物料的相對介電常數(shù)是非常重要的，它會影響到電磁波的傳播速度，對于相對介電常數(shù)低的被測物料，部分電磁波能量將穿入物料，剩下的部分能量將從料面上反射。當(dāng)介電常數(shù)εr＜2時(shí)，非接觸式雷達(dá)液位計(jì)將難以實(shí)現(xiàn)測量。
　　電磁波的磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量對電磁波的速度影響主要體現(xiàn)在磁導(dǎo)率μ，相對磁導(dǎo)率μr是介質(zhì)內(nèi)磁導(dǎo)率μ與真空磁導(dǎo)率μ0的比。就電磁波在非磁性氣體和蒸汽中的傳播速度而言，磁導(dǎo)率的影響微不足道，而與相對介電常數(shù)相比，它對電磁波的反射也沒有實(shí)質(zhì)的影響。對于在被測物料上方的非磁性氣體，其相對磁導(dǎo)率μr=1。
　　由于不同介質(zhì)的相對介電常數(shù)不同，因此電磁波在其內(nèi)的傳播速度也不一樣，某一介質(zhì)中的傳播速度由下式給出：
　　
　　式中，C為電磁波在介質(zhì)中的傳播速度；C0為電磁波在真空中的傳播速度；εr為相對介電常數(shù)；μr為相對磁導(dǎo)率。
　　
2.2誤差分析
　　對于非接觸式雷達(dá)液位計(jì)，氣相介質(zhì)的溫度、壓力、氣體成分等參數(shù)變化會引起電磁波傳播速度變化，因?yàn)閭鞑ソ橘|(zhì)的介電常數(shù)會變化，從而引起雷達(dá)液位計(jì)誤差。氣相介質(zhì)的相對介電常數(shù)由下式給出：
　　
　　式中，εr為氣相介質(zhì)的相對介電常數(shù)；εrN為介質(zhì)在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的相對介電常數(shù)；TN為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的溫度，即273K；PN為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的壓力，即100kPa；T為過程溫度；P為過程壓力。
　　式（5）中，一些常用氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的相對介電常數(shù)如表1所示。
　　將式（5）代入式（4）中，便得到在實(shí)際工況下，電磁波在氣相介質(zhì)中的傳播速度為：
　　
　　
　　由式（5）和式（6），就可以根據(jù)實(shí)際的工況條件，即氣相介質(zhì)的溫度、壓力、氣體成分等參數(shù)，計(jì)算出不同氣相介質(zhì)的相對介電常數(shù)和電磁波的傳播速度，從而計(jì)算出雷達(dá)液位計(jì)在實(shí)際工況條件下的誤差，同時(shí)可以單獨(dú)分析過程溫度和壓力的變化引起的誤差。

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3某電廠設(shè)計(jì)中非接觸式雷達(dá)液位計(jì)誤差分析
　　從某電廠設(shè)計(jì)文件的信息中可以看出，非接觸式雷達(dá)液位計(jì)主要應(yīng)用在罐體和地坑中，大部分儀表的測量精度要求為±2.5%。下面以其中某系統(tǒng)的水箱液位測量為例，就某電廠設(shè)計(jì)中的非接觸式雷達(dá)液位計(jì)進(jìn)行誤差分析。
　　
3.1情況介紹
　　某系統(tǒng)的水箱液位測量選用非接觸式雷達(dá)液位計(jì)，當(dāng)液位降至低整定值時(shí)，打開補(bǔ)水閥門，當(dāng)液位升至高整定值時(shí)，關(guān)閉補(bǔ)水閥門。儀表主要數(shù)據(jù)情況如表2所示。


　　根據(jù)電廠終選用儀表的相關(guān)資料，采用儀表的精度可以達(dá)到±2mm。
　　
3.2儀表誤差分析
　　罐體的上部介質(zhì)是氮?dú)?，由?中數(shù)據(jù)可以查得，氮?dú)庠跇?biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的相對介電常數(shù)εrN為1.000576，過程**壓力P為1134kPa，過程溫度T為65.6℃，即338.6K，將以上數(shù)據(jù)代入式
　?。?）和式（6），得到儀表在實(shí)際工況下的相對介電常數(shù)和電磁波傳播速度：
　　
　　由于儀表的量程為0～0.5m，則此時(shí)的誤差可以達(dá)到：
　　
　　由以上計(jì)算分析可以得出，只要供貨商能夠保證儀表本身元器件和處理軟件的質(zhì)量，并保證儀表在現(xiàn)場正確安裝，根據(jù)實(shí)際工況條件，儀表能夠滿足其給出的±2mm的精度保證，同時(shí)儀表選型也滿足工藝要求的±2.5%精度。以上分析也證明了非接觸式雷達(dá)液位計(jì)的精度確實(shí)比較高，適用于很多精度要求高的場合。

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4結(jié)語
　　本文介紹了非接觸式雷達(dá)液位計(jì)的工作原理，并就介質(zhì)的溫度、壓力和成分引起的非接觸式雷達(dá)液位計(jì)誤差進(jìn)行了重點(diǎn)分析，后根據(jù)某電廠的應(yīng)用實(shí)例對非接觸式雷達(dá)液位計(jì)進(jìn)行了誤差分析，有助于研究目前雷達(dá)液位計(jì)在電廠中應(yīng)用和選型的合理性。
　　本文的某電廠非接觸式雷達(dá)液位計(jì)誤差分析實(shí)例中，環(huán)境條件無泡沫、粉塵、液面波動(dòng)、結(jié)晶等情況，因此儀表本身的工作環(huán)境條件很好，在其他雷達(dá)液位計(jì)應(yīng)用場合，如果環(huán)境條件比較惡劣，或者安裝罐體和地坑的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，再或者安裝方式不當(dāng)，都有可能對雷達(dá)液位計(jì)的精度產(chǎn)生影響，因此在后續(xù)分析中可以針對具體情況，在本文的分析方法基礎(chǔ)之上，考慮其他因素的影響。

上一條：差壓液位變送器用于檢測蒸汽鍋爐液位的案例分析
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