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【摘 要】本文总结了造成雷达液位计工作不稳定的原因，并根据其在氧化铝生产中的应用情况，对常见问题进行了深入分析，提出了行之有效的解决方法。
【关键词】雷达液位计；回波；干扰
1 前言
氧化铝行业大量使用的液位测量仪表有静压式、重锤式、超声波式、核辐射式等，以上几类液位测量仪表根据介质和现场条件的不同，各具优势，但同样各有缺点。相比之下，由于雷达液位计受介质特性影响小、测量精度高、耐高温高压能力强、采用非接触的测量方式，以及安装使用方便、便于在线维护等优点，在氧化铝行业得到大量应用。以我公司为例，在原料浆制备、蒸发、精制、洗涤、砂状实验线以及八十万吨碱液调配、平盘、脱硅等工序大量使用雷达液位计用于液位监测。
就雷达液位计在我公司的实际应用情况来看，效果并不完全尽如人意。在某些场合，因为安装或工艺条件的原因，仪表运行不稳定、测量失准，对于工艺过程控制产生很大的影响。因此研究雷达液位计测量失准的原因，从根源和使用等方面消除干扰因素，改善测量条件，保障仪表稳定可靠运行，为生产提供可信的控制依据极为重要。
2 影响仪表可靠工作的原因
2.1 工艺过程特性
氧化铝流程的各种料浆均以水为载体，因此介电常数较大，对微波有很好的反射能力，并且使用雷达液位计的槽罐多为常压，便于不停车维护检修。但工艺的特殊性也使得测量面对许多不利因素，主要有以下特点：
（1）为防止料浆沉积硬结，槽内多有搅拌，并且搅拌使得液面震荡，有时还产生泡沫、旋涡；
（2）许多料浆高固含易结疤；
（3）多下料口；
（4）高浓度加热蒸汽；
（5）槽内常有加热盘管、钢梁等阻挡物。
上述因素使得仪表的测量条件极为复杂，往往产生较强的干扰回波或导致测量回波丢失，使得仪表测量失真。
2.2 安装位置
雷达液位计是根据微波在发射—反射—接收这一过程中，时间行程或频率差来进行测量的，因此仪表理想的使用条件是微波不受任何干扰地到达被测介质液面，但应用中这种要求难以满足。工业槽罐中的下料口、蒸汽加热盘管、搅拌叶片、温度元件、固定钢梁等都会产生干扰回波。图1所示一个典型储槽中的回波分布：
图1 容器内回波示意图
包络线是描述容器内雷达反射波分布与强度的曲线。由图右的包络线能够很直观的看到，储罐内的温度元件、搅拌叶片和加热管产生了较强的干扰回波，将会使仪表难于辩识正确的测量回波。
3 常见故障及解决方法
3.1 测量值存在误差
故障表现为实际液位和测量值的变化趋势一致，但数值不相等。
这是一种常见的较单纯又容易消除的故障。采用传统的绳测法测量真实的上空距离，如果实测值与仪表显示上空距离相一致，证明仪表本身品质没有问题。由雷达液位计的工作原理可知，实际液位由空罐距离E减去测量参考点到介质表面的距离D求得，因此空罐高度必须准确无误才能保证测量准确可靠。有的拱顶槽，生产人员提供的高度是槽直筒段的高度，如果照此设定，将使测量值偏低，会发生在较低显示值时冒槽的情况。再比如锥底槽，有的操作人员提供的是锥底到槽顶的真实数据，而有的则习惯称槽顶至地面的距离，因此在标定前必须实地测量，以取得最真实的数据。如果仪表接入计算机系统，还应检查仪表满量程参数和计算机组态数据是否一致。
3.2 测量值明显失真
故障表现为液位变化而测量值恒为常数，或当储罐排空或将满时仪表保持一个明显的假料位，也或者表现为槽罐内物料将满时显示弹回一个低值。造成这类故障的通常是以下原因：
（1）天线结疤。厚而湿的结疤会对微波产生强烈的反射，使仪表测量值保持一个恒定的高液位值。当开启“近现场抑制”后，又因为仪表接收不到有效的测量回波而出现“失波”错误或死机。
（2）料排空时天线或附近的凝聚物产生干扰回波。
（3）物料排空时槽罐内固定组件引起强烈回波；
针对上述情况应采取以下方法进行解决：
（4）仔细清理天线和天线附近的附着物；
（5）激活并合理地设置“窗口抵制”距离。“窗口抑制”也称为“近现场抑制”，此功能用以消除安装法兰焊缝、天线或其附近挂料对测量的影响，是优化测量的一种有效手段。它通过设定近现场抑制距离，仪表将此范围内的回波注册为干扰回波不进行测量。如图2所示，包络线中画斜线的回波将被抑制。
图2 近现场抑制
（6）进行“固定组件回波抑制”。雷达液位计除了由软件智能滤除干扰回波外，还可以通过注册干扰波的方法进行固定组件回波抵制。在此以E+H 130雷达液位计为例说明固定组件回波消除方法：
尽可能排空容器，实测液面到测量参考点的距离并与V0H8（上空距离）中的显示值相比较，如果V0H8小于实测距离D，说明仪表将液面以上某一组件所产生的较强回波作为测量信号，如图3所示。
图3 固定组件干扰
在评价模式单元V3H0中输入6，将其标识为固定物干扰回波，再在V3H1中确认，这样信号处理单元将b 回波和b以上至a阈值以内的回波都标示为干扰回波。重复以上步骤直到V0H8等于实测距离D。
（4）槽内物料将满时仪表显示一个较低的料位，是由于液面升高槽内多重回波增加，程序处理时将一束时间行程较长的回波错误地识别为测量回波，从而计算出较大的上空距离。针对这种情况，应修改近现场抑制距离，以消除多重回波的影响。
3.3 测量值波动
在槽内有搅拌介质表面剧烈起伏，或是因为下料使得槽内临时性干扰回波增强，从而测量值波动。除了改善应用参数（激活浮点平均曲线算法）、激活近现场抑、增大输出阻尼外，还应检查仪表的安装位置，或是考虑安装更大规格的天线。
根据笔者的经验，如果是卡件供电的两线制仪表，还应检查DCS模拟量输入卡件是否有足够的带负载能力。沉降160槽雷达液位计曾出现被测液面平稳但测量值剧烈波动的故障，在进行全面检查后确定是DCS系统的AI卡带负载能力不够。将仪表由卡件通道供电改为外供电方式，测量信号经隔离器送入卡件，仪表故障消失。
3.4 失波
故障表现为仪表出现“失波”错误或死机。在对低介电常数液体进行测量时，因为液体的反射能力弱，经常会出现失波的现象，但在氧化铝行业不存在液体反射能力弱的问题，因此失波多是由于旋涡、湍动的液面、稠而厚的泡沫使得雷达波扩散或被吸收，因而回波微弱甚至没有回波。对待这种情况，应根据容器内工艺特性设定最优的应用参数，以E+H 130液位计为例，在回波处理中设计有针对失波频繁的优化应用参数。采取以上措施没有明显效果的话，应改换安装位置或更大尽寸的天线，以增强回波强度。使用导波管或旁通管是解决失波现象频繁的有效方法，但安装工作量大，而且不适于易结疤料浆。
4 结束语
雷达液位计是目前各类液位测量仪表中适用范围最广、测量最精确、维护最方便的一种。随着价格的进一步降低，性价比的提高，应用将会越来越广泛，在液位测量中发挥越来越重要的作用。优化测量，首先应从选型、安装等根源处着手，再在使用中采取最佳的消除干扰措施，才能最大限度地降低仪表故障的发生几率，真正体现其可靠、高精度的特点，为生产过程控制提供精准的依据。
参考文献：
[1]丁鹭飞.雷达原理.西安电子科技大学出版社，1997.
[2]董树义.微波测量技术.北京理工大学出版社，1990.
作者简介：
薛荣洁（1979— ），女，山西运城人，工程师，从事工业自动化及仪表工作。
【关键词】雷达液位计；回波；干扰
1 前言
氧化铝行业大量使用的液位测量仪表有静压式、重锤式、超声波式、核辐射式等，以上几类液位测量仪表根据介质和现场条件的不同，各具优势，但同样各有缺点。相比之下，由于雷达液位计受介质特性影响小、测量精度高、耐高温高压能力强、采用非接触的测量方式，以及安装使用方便、便于在线维护等优点，在氧化铝行业得到大量应用。以我公司为例，在原料浆制备、蒸发、精制、洗涤、砂状实验线以及八十万吨碱液调配、平盘、脱硅等工序大量使用雷达液位计用于液位监测。
就雷达液位计在我公司的实际应用情况来看，效果并不完全尽如人意。在某些场合，因为安装或工艺条件的原因，仪表运行不稳定、测量失准，对于工艺过程控制产生很大的影响。因此研究雷达液位计测量失准的原因，从根源和使用等方面消除干扰因素，改善测量条件，保障仪表稳定可靠运行，为生产提供可信的控制依据极为重要。
2 影响仪表可靠工作的原因
2.1 工艺过程特性
氧化铝流程的各种料浆均以水为载体，因此介电常数较大，对微波有很好的反射能力，并且使用雷达液位计的槽罐多为常压，便于不停车维护检修。但工艺的特殊性也使得测量面对许多不利因素，主要有以下特点：
（1）为防止料浆沉积硬结，槽内多有搅拌，并且搅拌使得液面震荡，有时还产生泡沫、旋涡；
（2）许多料浆高固含易结疤；
（3）多下料口；
（4）高浓度加热蒸汽；
（5）槽内常有加热盘管、钢梁等阻挡物。
上述因素使得仪表的测量条件极为复杂，往往产生较强的干扰回波或导致测量回波丢失，使得仪表测量失真。
2.2 安装位置
雷达液位计是根据微波在发射—反射—接收这一过程中，时间行程或频率差来进行测量的，因此仪表理想的使用条件是微波不受任何干扰地到达被测介质液面，但应用中这种要求难以满足。工业槽罐中的下料口、蒸汽加热盘管、搅拌叶片、温度元件、固定钢梁等都会产生干扰回波。图1所示一个典型储槽中的回波分布：
图1 容器内回波示意图
包络线是描述容器内雷达反射波分布与强度的曲线。由图右的包络线能够很直观的看到，储罐内的温度元件、搅拌叶片和加热管产生了较强的干扰回波，将会使仪表难于辩识正确的测量回波。
3 常见故障及解决方法
3.1 测量值存在误差
故障表现为实际液位和测量值的变化趋势一致，但数值不相等。
这是一种常见的较单纯又容易消除的故障。采用传统的绳测法测量真实的上空距离，如果实测值与仪表显示上空距离相一致，证明仪表本身品质没有问题。由雷达液位计的工作原理可知，实际液位由空罐距离E减去测量参考点到介质表面的距离D求得，因此空罐高度必须准确无误才能保证测量准确可靠。有的拱顶槽，生产人员提供的高度是槽直筒段的高度，如果照此设定，将使测量值偏低，会发生在较低显示值时冒槽的情况。再比如锥底槽，有的操作人员提供的是锥底到槽顶的真实数据，而有的则习惯称槽顶至地面的距离，因此在标定前必须实地测量，以取得最真实的数据。如果仪表接入计算机系统，还应检查仪表满量程参数和计算机组态数据是否一致。
3.2 测量值明显失真
故障表现为液位变化而测量值恒为常数，或当储罐排空或将满时仪表保持一个明显的假料位，也或者表现为槽罐内物料将满时显示弹回一个低值。造成这类故障的通常是以下原因：
（1）天线结疤。厚而湿的结疤会对微波产生强烈的反射，使仪表测量值保持一个恒定的高液位值。当开启“近现场抑制”后，又因为仪表接收不到有效的测量回波而出现“失波”错误或死机。
（2）料排空时天线或附近的凝聚物产生干扰回波。
（3）物料排空时槽罐内固定组件引起强烈回波；
针对上述情况应采取以下方法进行解决：
（4）仔细清理天线和天线附近的附着物；
（5）激活并合理地设置“窗口抵制”距离。“窗口抑制”也称为“近现场抑制”，此功能用以消除安装法兰焊缝、天线或其附近挂料对测量的影响，是优化测量的一种有效手段。它通过设定近现场抑制距离，仪表将此范围内的回波注册为干扰回波不进行测量。如图2所示，包络线中画斜线的回波将被抑制。
图2 近现场抑制
（6）进行“固定组件回波抑制”。雷达液位计除了由软件智能滤除干扰回波外，还可以通过注册干扰波的方法进行固定组件回波抵制。在此以E+H 130雷达液位计为例说明固定组件回波消除方法：
尽可能排空容器，实测液面到测量参考点的距离并与V0H8（上空距离）中的显示值相比较，如果V0H8小于实测距离D，说明仪表将液面以上某一组件所产生的较强回波作为测量信号，如图3所示。
图3 固定组件干扰
在评价模式单元V3H0中输入6，将其标识为固定物干扰回波，再在V3H1中确认，这样信号处理单元将b 回波和b以上至a阈值以内的回波都标示为干扰回波。重复以上步骤直到V0H8等于实测距离D。
（4）槽内物料将满时仪表显示一个较低的料位，是由于液面升高槽内多重回波增加，程序处理时将一束时间行程较长的回波错误地识别为测量回波，从而计算出较大的上空距离。针对这种情况，应修改近现场抑制距离，以消除多重回波的影响。
3.3 测量值波动
在槽内有搅拌介质表面剧烈起伏，或是因为下料使得槽内临时性干扰回波增强，从而测量值波动。除了改善应用参数（激活浮点平均曲线算法）、激活近现场抑、增大输出阻尼外，还应检查仪表的安装位置，或是考虑安装更大规格的天线。
根据笔者的经验，如果是卡件供电的两线制仪表，还应检查DCS模拟量输入卡件是否有足够的带负载能力。沉降160槽雷达液位计曾出现被测液面平稳但测量值剧烈波动的故障，在进行全面检查后确定是DCS系统的AI卡带负载能力不够。将仪表由卡件通道供电改为外供电方式，测量信号经隔离器送入卡件，仪表故障消失。
3.4 失波
故障表现为仪表出现“失波”错误或死机。在对低介电常数液体进行测量时，因为液体的反射能力弱，经常会出现失波的现象，但在氧化铝行业不存在液体反射能力弱的问题，因此失波多是由于旋涡、湍动的液面、稠而厚的泡沫使得雷达波扩散或被吸收，因而回波微弱甚至没有回波。对待这种情况，应根据容器内工艺特性设定最优的应用参数，以E+H 130液位计为例，在回波处理中设计有针对失波频繁的优化应用参数。采取以上措施没有明显效果的话，应改换安装位置或更大尽寸的天线，以增强回波强度。使用导波管或旁通管是解决失波现象频繁的有效方法，但安装工作量大，而且不适于易结疤料浆。
4 结束语
雷达液位计是目前各类液位测量仪表中适用范围最广、测量最精确、维护最方便的一种。随着价格的进一步降低，性价比的提高，应用将会越来越广泛，在液位测量中发挥越来越重要的作用。优化测量，首先应从选型、安装等根源处着手，再在使用中采取最佳的消除干扰措施，才能最大限度地降低仪表故障的发生几率，真正体现其可靠、高精度的特点，为生产过程控制提供精准的依据。
参考文献：
[1]丁鹭飞.雷达原理.西安电子科技大学出版社，1997.
[2]董树义.微波测量技术.北京理工大学出版社，1990.
作者简介：
薛荣洁（1979— ），女，山西运城人，工程师，从事工业自动化及仪表工作。