雷達液位計構造及故（gù）障（zhàng）處理

摘要：雷達液位計雖然是一種高精度的可以達（dá）到毫米級的液位檢測儀表，沒有可動部件使用壽命長等（děng）優點，但實際（jì）使用中會遇到各種各樣的問題，這些故障問題不同於其他的液位測量儀表，偏離真實值隻是一個很小的範圍。雷達（dá）液位計出現（xiàn）問題（tí）就是災難性的，不是*大就是*小，不是死數就是不變，因此雷達液位計在實際使用中的維修技能必須（xū）要（yào）熟練掌握，希（xī）望此文對於使用雷達液位計的（de）人員有所幫助。

前言

雷達是利用電磁波傳播（bō）過程中折射性和快速性而研（yán）發的一種空間（jiān）測距電子儀器，*初用於國（guó）防及航空導航。隨著科學技術的推廣，雷達（dá）逐漸（jiàn）用於工業和民用領域，並衍生出眾多型號產品，應（yīng）用（yòng）於工業生（shēng）產中（zhōng）液位測量的雷達液位計就是其中的一類。

1.雷達液位計測量原理

雷達液位計的（de）測（cè）量原理和軍工中的雷達一樣，都是（shì）通過電磁波的（de）直線（xiàn）傳播特性測量周圍空間的淨空距離，即（jí）被測物體距離雷（léi）達的直線（xiàn）空間距離，具體到工（gōng）業生產中就是液體的液麵到雷達天線（xiàn）的空高。通過對雷達液位計組態可設定雷達天線到容器底部的垂（chuí）直距離，根據已經測得的液（yè）麵空（kōng）高就可計算出液體的液位高度。

現場使用的（de）雷（léi）達液位計測（cè）量汙水池的液位

測量（liàng）原理公式為H=L-CT/2

C為電磁波的波速即光速， T為電磁波從發射到接收所用到的時（shí）間，L為雷達天線距離容器的*低端的垂直高度，H為被測液（yè）體的（de）高度。

工（gōng）業中的液位檢測不（bú）同於軍工航空動輒幾十上百（bǎi）千米的空間測距，生產（chǎn）中的液位（wèi）檢測距離都較小，高範圍的儲罐液（yè）位檢測（cè）也就一二十米的垂直高度，這樣的距離空間相對於光（guāng）速傳（chuán）播的電磁波來（lái）說可以（yǐ）忽略（luè）不計，於是上述的測量方式很難實現，因為人類無法製造出不用時間的電路處理儀表。

為使雷達測距應用於工業中的液位檢測，生產廠（chǎng）商使用（yòng）了高頻的無（wú）線電波（bō），使用線性調頻（pín）連續測距的方法，讓天線發射（shè）的電磁波的頻率隨著時間進行改變（biàn），接收器接收到的反射電（diàn）磁波頻率與此時的天線發射頻率是不同的（de），通過計算兩者的頻率差（chà），換算得出電（diàn）磁（cí）波在空（kōng）間傳播的（de）時間，從而能夠計算出被測液位的高度。

2.雷達（dá）液位計的構造

不同廠商所生產的雷達液位計形式各異，但總體的部（bù）件大體是一致的，其主要包括電路部分（雷達波發生器、信號（hào）檢（jiǎn）測、信號處理），天線及接收器（qì）和安裝附件表體三大部分。根據天線的不同，雷達液位計可（kě）分為（wéi）導波雷達和普通雷達兩大類型。

3.導波雷達液位計

導波雷達是在電磁波發射器的下方安裝了（le）一個金屬導波體，讓高頻的無線電波沿著金（jīn）屬體垂直向（xiàng）下傳播，當電磁（cí）波碰到被測物質的液麵時，電磁波會在（zài）接觸（chù）麵反射，沿著波導體垂直的返回到雷達液位計天線內部的接收器中，然後處理電路進行分析計算，得出被測液體（tǐ）的液麵高（gāo）度。根據金屬導波體的不同，導波雷達又分為纜式和杆式兩大（dà）類。

纜（lǎn）式導波雷達的導（dǎo）波（bō）體為一（yī）個柔性的（de）不鏽鋼金屬繩，其末端栓一金屬重物（wù），以保證金屬繩在被測液體中（zhōng）垂直的伸入到容器底部，防止金屬繩在使用中漂浮擺動而彎曲。這樣結構的雷（léi）達液位（wèi）計主要用於底下罐、零位罐等地麵以下的液位（wèi）測量中。

現場使用的導波雷達如圖所示：

杆式導波雷達的波導體根據導（dǎo）波杆及天線的不同又分為很（hěn）多種，有金屬杆式的導波雷達，有通（tōng）過（guò）金屬管的喇叭天線式的導波雷達，有帶有旁通測量筒的導（dǎo）波雷達。這些導波雷達主要用於高出地（dì）麵的儲罐液位（wèi）測量或生產設備塔器儲罐可以側裝旁（páng）通管的液位（wèi）測（cè）量。

4.普通雷達液位計

普通雷達液位計的天線，隻是一個電磁波的發射接受裝置，其電磁波發射後通過氣相自由傳播，由於雷達液位計電磁波為高頻（pín）的微（wēi）波信號發散（sàn）傳播性差，而且被測液體距離雷（léi）達液位計的高度小（xiǎo），其電磁波（bō）傳播過程可看成垂直傳播，因此這種雷達液位計（jì）滿足液位（wèi）測距要求。相對於導波雷達（dá）少了導波體節（jiē）省費用方便安裝，在儲罐等較高液位測量中得到大量的應（yīng）用。

根據（jù）天線（xiàn）的不同（tóng）生產廠商（shāng）製作了不同（tóng）型號的雷達液位計，以（yǐ）適應（yīng）不同工況環境。廠裏使（shǐ）用的普通雷達液位計的天線有喇叭口、水滴形（防液體（tǐ）揮發凝結（jié））、偏心型（防多重（chóng）反射電磁波幹擾）、寬口喇叭口（防氣相介質衰減電磁波）四種（zhǒng）類型。

普通雷（léi）達液（yè）位計主要用在儲罐液位檢測中，現場安裝及天線如圖：

電路處理部（bù）分

根據雷達液位計處理電路的複雜程度，雷達液位計分為單路測量的普通模式和多重處理信號的總線模式（shì）。多重信號處理不僅（jǐn）能（néng）處理雷達電磁波測距的液位信號也可處理熱電阻（zǔ）的（de）溫度測量信號，並可通過總線的方式把多台雷達液位計連接起來，通過一根總線遠傳到控製室內。適用於（yú）儲罐眾多（duō）布局分散（sàn）的大中型儲罐係統的液位測量，節約了傳（chuán）輸線纜的鋪（pù）設和（hé）費（fèi）用。

總（zǒng）線式雷達液位計如圖所示：

5.雷（léi）達液位計故障分析及處理

雷達液位（wèi）計從測量（liàng）原理上看是一種高精度的測距儀表，雷（léi）達液（yè）位計製造（zào）廠商（shāng）也大肆介紹雷達液位（wèi）計的優點（diǎn），如可用於工藝過程中揮（huī）發性氣體、高溫、高壓、蒸汽、真空及高粉塵等（děng）惡（è）劣環境的要求，可對（duì）不同（tóng）料位進行連續測量，但實（shí）際使用中雷達液位計常出現很多問題甚至失靈無法使用。

6.雷達液位計（jì）電磁波選（xuǎn）取（qǔ）依據

由雷（léi）達液位計的測量原理可見，雷達液位計測量過程中的核心（xīn）是電磁波傳播過程中（zhōng）頻率波的改變範（fàn）圍，因此（cǐ）天線所接受的雷達波的頻率，是液位測量的關鍵依據。

雷達液位計（jì）在使用中天線到被測液體的液麵的空（kōng）間淨空中，充斥著（zhe）各種頻（pín）率的電磁波，這些電磁波大部分都會通過各種（zhǒng）反射、折射傳播到天（tiān）線內部的接收器中，因（yīn）此雷（léi）達液位計的接收器接收到的（de）電磁波是一係列的大（dà）量的不同頻率的電磁波。

怎樣從（cóng）這雜亂的電磁波中選出真實的液麵反射來的電磁波（bō），是雷達（dá）液（yè）位計（jì）能否準確測量液位的關鍵，這就需（xū）要一個選頻電路。選頻電路選擇的依據是根據接受到的電磁（cí）波的能量來進行衡量。

電（diàn）磁波在傳播過（guò）程中受氣相介質，被測介（jiè）質的反射折射，金屬容器壁等物質的碰撞吸收，能量會不斷減弱（ruò），反射的次數越多能量（liàng）損失越大，經過的距離越長（zhǎng）能量損失越大。由於電磁波是垂直（zhí）於被測液體的液麵發（fā）射，其（qí）電磁波在被測液麵的反射（shè）率*大（折射率*小），可近似為全反射，其在被測液體液麵的能量損失，是（shì）所有電磁波回波損失*小的。垂直（zhí）於被（bèi）測液（yè）麵的空間距（jù）離是所有電磁波傳播中*短的距離，這個反射的（de）電磁（cí）波在氣相空間傳播（bō）中能量損（sǔn）失也是*小的，由此兩點被測液位反射回來的（de）電磁波（bō）的能量是所有（yǒu）電磁波頻譜中*大（dà）的，由此雷達液位計的（de）選頻電路得出被測液體的空高，從而計算得出被測液體的高度。

7.雷達液位計使用（yòng）中（zhōng）的問題

雷達液位計電磁波選頻可以（yǐ）知道，返（fǎn）回（huí）接收器（qì）的電磁波的能量大小是雷達液位計（jì）選用電磁波頻率的（de）依（yī）據，從而決定著雷（léi）達液位計測量的準確性。如果正常使用中，被測液體所反（fǎn）射的電磁波的能量不（bú）是*高的電磁波，那麽雷達液位計就會選用（yòng）其他的不真實的電磁波頻譜，此時（shí）就會造（zào）成被測液位失真。

造成這（zhè）種現象的原（yuán）因，大體可以歸為以下幾點：

一、被測液體與雷達天線之間的淨空（kōng）中（zhōng）有較大麵積（jī）的（de）反射物，致使電磁波在到達液麵之前被反射。造成（chéng）這種現象的原因主要為：

1、被測容器內部有攪拌器、加熱盤管（guǎn）、管（guǎn）線等金屬物體，如（rú）果這些金屬體裸露在被測液體的外部，而且正處於電磁波垂直傳播的方向，如攪拌機旋轉中的漿液轉動，就會造成電磁波被提（tí）前反射回來，而造成（chéng）被測液（yè）位偏高。

2、雷（léi）達液位計安裝（zhuāng）地點距離容器壁太近或（huò）不垂直與被測（cè）液麵，使電磁波在傳播中照射到容器內壁而提前反射回來；電磁波在被測液麵反射過程中沒有（yǒu）原路返回（huí）（斜射時），致使雷達液位計檢測不到反射電磁波；液麵反射的電磁波經（jīng）多重反射能量（liàng）損失過多，而沒有被選頻電路選中，以上多種情況造（zào）成雷達液位計（jì）測量失真。

二、波導體（繩纜、杆）上（shàng）有掛料，電磁波（bō）沿著（zhe）波（bō）導體傳播中，在沒有到達液（yè）麵（miàn）前遇到波導體上麵的掛料而反射回來，產生虛假液位。安裝的波導管不垂直與雷達液位計，造成電磁波斜射到波導（dǎo）管的內壁，而（ér）產生如同容器內壁一樣（yàng）的反射或多重反射而使測量失真。

三、被測液（yè）體與雷達（dá）天線之間的淨空中，氣相介質蒸（zhēng）汽（qì）濃度太大，致使電磁波在空間傳播中，能量（liàng）損失太大，甚至反射波根本到達不（bú）了雷達液位計的接收器。

被測液體有加熱（rè）要求，上部安裝攪拌機的情況下尤其嚴重，由於被測液體在加熱攪拌中（zhōng）不斷有蒸汽揮發，會造成液麵以上的空間中充滿了高（gāo）濃度的介質蒸汽，其微小（xiǎo）的液體顆粒不僅對電磁波產生漫反射而且會吸收大量的電磁波能量，使電磁波出現很（hěn）大衰減，造成雷達天線無法接受回波信號。

被測液體揮發附著在天線（xiàn）上，造成雷達失靈甚至天線損壞，現場如（rú）圖：

被測液體中含有水份時，揮發的水蒸氣對於電磁波的吸能更（gèng）加（jiā）嚴重。由於水汽具有易冷凝（níng）的特性，氣相（xiàng）空間含有的水汽在罐頂罐壁附近會逐（zhú）漸冷凝，積聚在一起（qǐ）形成較大的水汽滴，充斥在液位上方的空間裏，對（duì）於電磁波（bō）具有強烈的吸能作用，致（zhì）使電磁波（bō）的能量衰減過大無法到達雷達接收器，造成雷達液位計徹底失去工作能力。

四（sì）、雷（léi）達液位計天線附著贓物，致使電磁波剛剛發射出就被反射回來，甚至根本發射不出去。這樣的（de）狀況（kuàng）即使使用防（fáng）凝結的水滴（dī）形天線，也無法避（bì）免雷達（dá）液位計的突然失靈。

雷達液位計（jì）天線附著贓物是被（bèi）測介質揮發的升級加重，被測液（yè）體淨空中大量充斥著氣相蒸汽，其會（huì）附著在雷達液位計的天（tiān）線上，特別是易冷凝（níng）的高粘介質，雷達液位計（jì）安裝（zhuāng）在儲（chǔ）罐頂（dǐng）部溫度較低，揮發（fā）的（de）介質蒸汽*易在雷達天線上凝（níng）析附著（zhe），造成電磁波發射困難，情（qíng）況嚴重時介質甚至（zhì）在天線上結焦，損壞天線。

同樣被測介質含有水份時，水汽易在天線上附著，致使電（diàn）磁波（bō）發射不出去，使雷達液位計徹底失靈。

五、雷達液位計（jì）電路中的保護措（cuò）施。雷達液位計是一種高科（kē）技的測量儀表價格昂貴，處於對儀表本身（shēn）安全防護的需要，製造廠商普遍在電路中設置了很多保護措施，如超溫保護（hù）、低電壓保護，高液（yè）位保護，運行故障保護以及數據保持，錯誤鎖定等（děng）液位檢測防護措施。這些防護措（cuò）施在日常使用中，如（rú）果雷達液位計出現（xiàn）問題，安全保護就會動作，造成雷（léi）達液位計停止工作，此時需要查找故障（zhàng）原因，清除恢複後雷（léi）達液位計才能（néng）正（zhèng）常使用。防（fáng）護功能隨廠商不同而設置，集成度高的（de）防護措施多。如總線式的多功能雷達液位計，其本身的防護措施就非常多，日常維（wéi）護要非常熟悉。

8.雷達液位計（jì）故障及處理

雷達液位計在日常使用中（zhōng）常常會出現故障，其出現故障大體分為四種類型：數據不變，數據突然*大，數據突然為零，數據（jù）偏離實（shí）際值過大或過小且保持不變。這些故障沒有根除的方法（fǎ），隻能是出現問題針對性的進行解決。根據日常維修維護的工作經驗，本著先易後難（nán）的順序歸納（nà）如下：

1、斷電重啟

雷達液位計本身有很多防護功能，如果正常運行中雷達液（yè）位計自身出現故（gù）障（zhàng）保護，可進行斷電重（chóng）啟，此時雷達（dá）液位（wèi）計內部的（de）故障有可能消除，重新上電後恢複正常。這種處理方（fāng）法適用於高液位（wèi）測量的儲罐雷達液位計（jì）的維修。畢竟十多（duō）米高的儲罐，爬到罐頂上（shàng）處理雷達液位（wèi）計不是一個簡單的事情（qíng），能在地麵解決的先解決。

2、通過（guò）麵板消除故（gù）障

如果（guǒ）斷電重啟仍然不能消除故障，要到現場實際查看故障，通過雷達液位計麵（miàn）板*先觀察有無錯誤代碼，有無故障保護措施，如果（guǒ）有通過麵板清除，重（chóng）啟後觀察雷達液位計是否正常（cháng）。

3、做空頻譜

雷達液（yè）位計的（de）測量原理是檢測接受到的電磁波頻譜，若被測液體與雷達天線之間（jiān）的淨空中（zhōng）有較強的電磁波反射或幹擾，那麽雷達液（yè）位計*有可能把這（zhè）反射的雷達（dá）波作為真實液麵的（de）雷達反射波來處理，從而得出錯誤的液位顯示。

雷達液位計空頻譜操作比較簡單，可在現場麵（miàn）板處進行設定，若現（xiàn）場沒有操作麵板則需（xū）使用帶有雷達軟件的電腦進行操作。現場操作如圖所示：

處理這種故障可利用雷達液位計內部的軟件功能，進（jìn）行（háng）空頻譜的檢測。設定一個（gè）高於實際（jì）液麵的空高距離，讓雷達（dá）液位（wèi）計檢測（cè）空（kōng）高（gāo）中的所有反射的（de）電磁波頻譜（pǔ），把那（nà）些接收到的高能量的頻譜電磁波在電路中屏蔽濾掉，就（jiù）可把（bǎ）真實的液麵反射的電磁（cí）波檢波出來，從（cóng）而得到真實的液位。

1、拆（chāi）卸（xiè）雷達液（yè）位計，擦拭天線

這是雷達液位計*後（hòu）的處理步驟，如果前麵3種處理方法仍無法消除雷達液位（wèi）計的故障，則需拆卸雷達液位計，查看天（tiān）線的髒汙狀況，並進行清（qīng）洗除汙。之所以這是*後的手段，是因為現場使用的（de）雷達液位計所（suǒ）測介質通（tōng）常含有對人體有害的物質，萬不得已不要拆（chāi）卸。拆卸雷（léi）達液位（wèi）計（jì）時，要做好安全防護措施，提前找一個蓋板，用來堵住雷達液位計安裝口，減少被測物質的蒸汽揮發，必要時要戴好防毒麵具或呼吸器。

9.綜述

雷達液位計雖然是一種高精度的可以達（dá）到毫米級的液位檢測儀表，沒有（yǒu）可動部件使用壽命長等優點，但實際（jì）使用中會遇到各種各樣的問題，這（zhè）些故障問題（tí）不同於其他的液位測量儀表，偏離真實值隻是一個很小的範圍。雷達液位計出現問題就是災難性的（de），不是*大就是*小，不是死數（shù）就是不變，因此雷達液位計在實際使用中的維修技能必須要熟練掌握，希望此（cǐ）文（wén）對於使用雷達液位計的人（rén）員有所幫助（zhù）。

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