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雷達液位計的常規校準分析與參考點校準方式的介紹

來源: 鹽城市響水縣綜合檢驗檢測中心,鹽城市 作者:孫宇 發布日期:2020-07-09 11:27:11

 【摘 要】雷達液位計由于具有適用范圍廣、計量精度高、可靠性強、維護量小等優點,所以在石油油氣測量領域應用越來越廣泛。雷達液位計屬于通用型雷達液位計,它基于時間行程原理的測量儀表,雷達波以光速運行,運行時間可以通過電子部件被轉換成物位信號。探頭發出高頻脈沖在空間以光速傳播,當脈沖遇到物料表面時反射回來被儀表內的接收器接收,并將距離信號轉化為物位信號。本文具體探討雷達液位計的在線常規校準方式及參考點校準方式的優缺點。

 
1 雷達液位計原理
雷達液位計采用發射—反射—接收的工作模式。雷達液位計的天線發射出電磁波,這些波經被測對象表面反射后,再被天線接收,電磁波從發射到接收的時間與到液面的距離成正比,關系式如下:
D=CT/2
式中:D——雷達液位計到液面的距離;C——光速;T——電磁波運行時間。
 
雷達液位計記錄脈沖波經歷的時間,而電磁波的傳輸速度為常數,則可算出液面到雷達天線的距離,從而知道液面的液位。
 
由于雷達波以光速傳播C=2.9979×108m/S,1m的
 
電磁波往返時間為6.6nS。對于油罐這種相對高度不大的測量對象而言,要求分辨率極高,所以測量反射時間幾乎不可能。為此需要采用時間延長技術,目前多采用調頻連續波技術解決[1]。如圖1所示:發射頻率隨時間線性增加,增加的斜率為k。由于回波信號頻率的滯后,使得反射頻率與發射信號頻率之間的差頻為△f=k△T,將以上兩式合并后可以得到:
D=C×△f/2k
顯然將時間差的測量轉換為了頻率差的測量,增加了測試的技術難度,增加了精度系數。
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2 常規校準方式
由于雷達液位計一般測試距離多在2-10m或大于10m,在試驗室很難模擬校準需要的距離,所以雷達液位計多采用在線校準方式。雷達液位計在線校準利用現場工藝條件,通過液位的改變,比較雷達液位計輸出值和實際檢尺測量值或其他形式液位測量值。依據《液位計計量檢定規程》對雷達液位計進行多點或單一點(后面詳細說明單一點的可行性)的校準,然后通過調試軟件對其進行調試,使其達到測量精度要求。雷達液位計的常規在線校準方式可以保證按照規程要求進行,同時在線校準將工藝干擾及安裝誤差因素同時進行了校準,應此雷達液位計的實際測量精度還用高于實驗室校準[2]。但是在線常規校準要利用現場工藝條件,在校準期間現場工藝設備-儲罐或反應罐要停產,嚴重影響現場工藝生產。同時現場液位改變受工藝條件影響,穩定時間過長,所以在線常規校準時間通常較長。檢尺測量或其他形式液位測量也受現場安全及技術影響使其受到制約。
 
3 參考點校準方式
由于在線常規校準受工藝條件影響過多,故我們探討參考點校準方式。參考點校準即為通過設置一個參考的反射點,對雷達液位計進行單點的校準。實際運行為:在雷達液位計的波束滿量程位置設置1個反射原件,反射原件與雷達液位計的距離精確測量[3]。在校準時,通過雷達液位計對參考點的實際測量與已知數值的比對,通過比對值調試校準雷達液位計。參考點的設置,位于滿量程處有兩點好處:1)一般工藝液位不會達到滿量程,所以校準時可以不影響正常生產;2)滿量程處距離短,反射強度高,這樣反射原件可以做的足夠小,減少反射物的干擾,保證實際測量液位反射波的強度。
 
參考點的設置不宜過多,過多則干擾正常的液面反射波強度。由雷達液位計的測量原理可知:距離誤差是由T或△f引起的,在滿量程位置設置參考點則T或△f應所測量值非常小,亦即測量難度非常大,相對應的誤差應為全量程中非常大值[4]。所以在參考點對取得T的電氣原件進行數值/系數修正是可以滿足全量程誤差精度要求的。同時我們考慮電氣檢測原件在全量程測量是體現線性誤差的,則在參考點位置單點調試、數據修正是可行的。正如壓力表在單點定值對全量程線性誤差產生修正作用,單一參考點數值修正在雷達液位計的校準上是可行的[5]。
 
雷達液位計要做到參考點校準,將參考點設置在滿量程處是非常必要的。一般智能儀表都有滿量程和零點調整,我們可以利用滿量程調整選項對雷達液位計進行參考點校準,而不必再增加其他功能。同時利用智能儀表的顯示功能和濾波功能,在校準完成后,將參考點的反射波屏蔽或標注,使之不對工藝界面反射波產生影響。此項功能在E+H,EMERSON等廠家的雷達液位計調整功能中顯著應用,圖2為正常及干擾波形的顯示,可通過此功能將參考點反射波標注及消除。
正常及干擾波形的顯示
參考點在線校準可以在不影響生產的情況下進行,減少了對工藝的影響和校準時間。但是參考點校準是單點校準,僅對線性誤差具有數值修正作用。參考點校準不能對工藝波動,泡沫等非線性誤差進行校準,所以校準時要具體考慮現場工藝條件。
 
4 現場應用
通過上面的章節可以看出參考點校準法相對于標準校準法有安裝方面的限制,以及雷達液位計要有相應的功能等諸多限制。那么我們廣大化工企業為什么還要應用參考點校準法那?我們先通過對比參考點校準法和標準校準法的特點加以分析。
表1 校準方法比較
通過表1我們可以輕松的得出“參考點校準法經濟性極佳”的結論。校準時間上參考點校準法不需要關停工藝流程,且實際的校準時間也較標準方法大為壓縮。可以說時間就是金錢,更不用說不停產帶來的直接收益。
 
5 結論
通過上述分析,我們可以得出:在線常規校準精度中等,未充分考慮工藝干擾。在工藝復雜和罐體制約參考點的場合,要依據常規方式校準,但要在設備設計之初,充分考慮校準的條件。在設備建造時保證量尺或其他液位測量方式的方便性,或者在條件允許下建
設設備的并聯管(并聯管是對工藝影響非常小的液位測量方式)。而在精度要求高,同時工藝流程不會影響參考點的儲罐可以考慮參考點校準方式。雷達液位計參考點校準法的經濟優勢過于明顯,即使具有部分限制情況,仍然廣泛應用于各行各業的罐容、液位校準。
 

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