论文部分内容阅读
摘要：本文介绍了雷达物位仪的种类和各自的优缺点，并对沥青运输船上选用何种雷达物位仪进行了分析。
关键词：雷达物位仪；沥青运输船
液位传感器根据测量原理的不同可分为压力式、浮筒式、磁浮子式、气泡式、气电压力式、超声波式、雷达式等。
雷达物位仪无论是液体、固体或是有毒介质、腐蚀性介质等等都可以有效的测量，测量精度高且不受高压、高温、气体、粉尘等环境的影响。雷达物位仪采用材料的化学性能和机械性能都相当稳定，材料可以循环利用，极具环保功效。近年来雷达物位仪越来越多的应用于物位测量上。在商用沥青运输船上，现在基本使用雷达物位仪测量沥青液位。
一、测量原理
雷达物位仪是基于时间行程原理的测量仪表。雷达波以光速运行，运行时间可以通过电子部件被转换成物位信号。探头发出高频脉冲，当脉冲遇到物料表面时反射回来被仪表内的接收器接收，并将距离信号转换为物位信号。
二、雷达物位仪分类及优缺点比较
雷达物位仪按安装方式可分为非接触式和接触式两种。非接触式又称为智能型，接触式又称为导管式。
非接触式雷达物位仪按发射频率可分为高频和低频两类。高频非接触式雷达物位仪微波测量采用K频段，频率一般在26GHZ 11mm，主要用于测量介电常数小的介质，如固体等。低频非接触式雷达物位仪微波测量采用C频段，频率一般在6.3GHZ 50mm，主要用于测量液体、水蒸汽。
非接触式雷达物位仪根据天线形式又可分为棒式天线式、喇叭口天线式和抛物线天线式。天线尺寸越大，所测量程越大，聚焦效果越好，抗干扰能力越强。
非接触式雷达物位测量高度高、安装方法简单，安装形式见图一。测量过程不受被测介质特性变化、温度、压力波动和粉尘的影响，可测量粘性大、腐蚀性强的介质。但非接触式雷达物位仪存在一定的微波辐射角度，雷达波碰到容器壁或内部构件上时会产生干扰回波，影响测量的准确度。且当储罐中有搅拌器、管道等障碍物时，这些障碍物会反射电磁波信号，从而产生虚假的液位信号，降低物位测量的准确度。低频非接触式雷达物位仪一般采用5.8GHZ 或6.3GHZ的微波频率，其辐射角比高频非接触式雷达物位的辐射角度更大，因此测量准确度比高频非接触式雷达物位仪低。
接触式雷达物位仪即导波雷达物位仪分为单/双杆式、单/双缆式、同轴式三类。
导波雷达物位仪测量时不受噪音、压力、温度波动、泡沫、蒸汽、加料时粉尘、液体密度、固体物料的疏松程度及测量探头或者容器壁粘料的干扰。导波雷达波沿导波杆传播信号相对稳定，另外一般导波雷达有底部探测功能，可以根据底部回波信号能量值以修正，使信号更为稳定准确。当罐内波动大、安装空间小、介质介电常数低信号微弱时，常使用导波雷达物位仪。
导波雷达物位仪的高频微波脉冲沿着棒或者钢绳走，微波脉冲制造出一个围绕传感器绳索的能量场，其半径约为300mm（以VEGA公司产品为例），在该能量场的内装件会影响测量结果。为避免对测量结果造成不良影响，探测器应保持与容器内装件或者容器壁的最小距离。因此导波雷达物位仪对安装位置的选择要求很严格，安装方法比非接触式雷达物位复杂。在使用期间，测量探针不得触碰到内装件或者容器壁。如果需要，必须将探针末端固定。图二为接触式雷达物位仪安装示意图。
三、沥青船上使用雷达物位仪的选型
沥青船上设有液货舱装载沥青，沥青温度通常在120℃～180℃。液货舱一般采用独立式，不与船体结构直接连接，由设于船底结构上的复合材料的垫块支持，允许液货舱因热胀冷缩滑动。每个液货舱由纵横水密舱壁分隔为数个沥青舱。在每个沥青舱底部，设有2组（并联式）“U”形碳钢加热盘管。
沥青易凝结、粘度高，加热时产生高温高压，选用的雷达物位仪需注意其参数，选择可耐高温高压、具有防爆功能的型号。沥青介电常数小，测量其液位时可选用高频雷达物位仪。
雷达物位仪一般装在沥青舱的舱口盖上，检修楼梯也连接在舱口盖上，同时舱内还有加热管道、限位开关等物件。这些因素都会对液位的测量存在干扰。如果选用接触式雷达物位仪，杆式雷达物位仪测量高度小且测量盲区较大，同轴式雷达物位仪只适用于测量低黏度介质，而缆式雷达物位仪测量高度高、有效测量范围大且可测量高粘度介质，所以缆式导波雷达物位仪更适用于沥青存储罐的液位测量。现场安装时，探测器应保持与容器内装件或者容器壁的最小距离。我院设计的6000吨級江海直达沥青船选用了缆式导波雷达物位仪测量沥青液位，根据实船使用经验，由于沥青粘黏在测量探头上以及受制于雷达物位仪安装位置选择及安装工艺的影响，液位测量结果不够精确。
如果选用非接触式雷达物位仪，为了尽量减少容器壁或内部构件产生的干扰回波，选用高频雷达物位仪效果更好。安装时应选择一个没有其他装置阻挡雷达信号的位置，且在调试时必须进行虚假回波存储。
VEGA公司2015年推出的一款超高频非接触式雷达物位仪，测量时不会受到风送料、粉尘、介质黏附、噪音或气流的影响，适用于温度在-40—200℃、压力在-100—300kPa的测量环境。这款雷达物位仪最大的特点是，微波测量采用W频段，测量频率在80～100 GHZ，因此雷达信号聚焦效果非常好，雷达波发射角度（每边）最大只有2度，极大的降低了内装件对测量结果的影响，技术达到世界领先水平。对于船上高度为8米的沥青存储罐，底部的安装件只要距雷达物位仪的水平距离保持在280mm以上，就不会影响测量结果。故雷达物位仪的安装位置较容易选择。此款雷达物位仪，十分适合沥青、水泥储存罐的液位测量。
在价格方面，一般非接触式雷达物位仪比导波式雷达物位仪价格高。频率越高，价格越贵。对于商用沥青运输船，船东对沥青液位的测量准确度要求非常高。若船东对价格不敏感，测量沥青存储罐液位时建议选用超高频非接触式雷达物位仪。
参考文献：
[1]陈岚. 沥青运输船的设计.武汉造船，1999（5）.
[2]邓刚，王燕. 雷达物位计在生产中的应用.化工设计通讯，2007，33（1）.
作者简介：
李雁（1981-），女，湖北，研究生，工程师，湖北省武汉市招商集团武汉长江船舶设计院有限公司。
关键词：雷达物位仪；沥青运输船
液位传感器根据测量原理的不同可分为压力式、浮筒式、磁浮子式、气泡式、气电压力式、超声波式、雷达式等。
雷达物位仪无论是液体、固体或是有毒介质、腐蚀性介质等等都可以有效的测量，测量精度高且不受高压、高温、气体、粉尘等环境的影响。雷达物位仪采用材料的化学性能和机械性能都相当稳定，材料可以循环利用，极具环保功效。近年来雷达物位仪越来越多的应用于物位测量上。在商用沥青运输船上，现在基本使用雷达物位仪测量沥青液位。
一、测量原理
雷达物位仪是基于时间行程原理的测量仪表。雷达波以光速运行，运行时间可以通过电子部件被转换成物位信号。探头发出高频脉冲，当脉冲遇到物料表面时反射回来被仪表内的接收器接收，并将距离信号转换为物位信号。
二、雷达物位仪分类及优缺点比较
雷达物位仪按安装方式可分为非接触式和接触式两种。非接触式又称为智能型，接触式又称为导管式。
非接触式雷达物位仪按发射频率可分为高频和低频两类。高频非接触式雷达物位仪微波测量采用K频段，频率一般在26GHZ 11mm，主要用于测量介电常数小的介质，如固体等。低频非接触式雷达物位仪微波测量采用C频段，频率一般在6.3GHZ 50mm，主要用于测量液体、水蒸汽。
非接触式雷达物位仪根据天线形式又可分为棒式天线式、喇叭口天线式和抛物线天线式。天线尺寸越大，所测量程越大，聚焦效果越好，抗干扰能力越强。
非接触式雷达物位测量高度高、安装方法简单，安装形式见图一。测量过程不受被测介质特性变化、温度、压力波动和粉尘的影响，可测量粘性大、腐蚀性强的介质。但非接触式雷达物位仪存在一定的微波辐射角度，雷达波碰到容器壁或内部构件上时会产生干扰回波，影响测量的准确度。且当储罐中有搅拌器、管道等障碍物时，这些障碍物会反射电磁波信号，从而产生虚假的液位信号，降低物位测量的准确度。低频非接触式雷达物位仪一般采用5.8GHZ 或6.3GHZ的微波频率，其辐射角比高频非接触式雷达物位的辐射角度更大，因此测量准确度比高频非接触式雷达物位仪低。
接触式雷达物位仪即导波雷达物位仪分为单/双杆式、单/双缆式、同轴式三类。
导波雷达物位仪测量时不受噪音、压力、温度波动、泡沫、蒸汽、加料时粉尘、液体密度、固体物料的疏松程度及测量探头或者容器壁粘料的干扰。导波雷达波沿导波杆传播信号相对稳定，另外一般导波雷达有底部探测功能，可以根据底部回波信号能量值以修正，使信号更为稳定准确。当罐内波动大、安装空间小、介质介电常数低信号微弱时，常使用导波雷达物位仪。
导波雷达物位仪的高频微波脉冲沿着棒或者钢绳走，微波脉冲制造出一个围绕传感器绳索的能量场，其半径约为300mm（以VEGA公司产品为例），在该能量场的内装件会影响测量结果。为避免对测量结果造成不良影响，探测器应保持与容器内装件或者容器壁的最小距离。因此导波雷达物位仪对安装位置的选择要求很严格，安装方法比非接触式雷达物位复杂。在使用期间，测量探针不得触碰到内装件或者容器壁。如果需要，必须将探针末端固定。图二为接触式雷达物位仪安装示意图。
三、沥青船上使用雷达物位仪的选型
沥青船上设有液货舱装载沥青，沥青温度通常在120℃～180℃。液货舱一般采用独立式，不与船体结构直接连接，由设于船底结构上的复合材料的垫块支持，允许液货舱因热胀冷缩滑动。每个液货舱由纵横水密舱壁分隔为数个沥青舱。在每个沥青舱底部，设有2组（并联式）“U”形碳钢加热盘管。
沥青易凝结、粘度高，加热时产生高温高压，选用的雷达物位仪需注意其参数，选择可耐高温高压、具有防爆功能的型号。沥青介电常数小，测量其液位时可选用高频雷达物位仪。
雷达物位仪一般装在沥青舱的舱口盖上，检修楼梯也连接在舱口盖上，同时舱内还有加热管道、限位开关等物件。这些因素都会对液位的测量存在干扰。如果选用接触式雷达物位仪，杆式雷达物位仪测量高度小且测量盲区较大，同轴式雷达物位仪只适用于测量低黏度介质，而缆式雷达物位仪测量高度高、有效测量范围大且可测量高粘度介质，所以缆式导波雷达物位仪更适用于沥青存储罐的液位测量。现场安装时，探测器应保持与容器内装件或者容器壁的最小距离。我院设计的6000吨級江海直达沥青船选用了缆式导波雷达物位仪测量沥青液位，根据实船使用经验，由于沥青粘黏在测量探头上以及受制于雷达物位仪安装位置选择及安装工艺的影响，液位测量结果不够精确。
如果选用非接触式雷达物位仪，为了尽量减少容器壁或内部构件产生的干扰回波，选用高频雷达物位仪效果更好。安装时应选择一个没有其他装置阻挡雷达信号的位置，且在调试时必须进行虚假回波存储。
VEGA公司2015年推出的一款超高频非接触式雷达物位仪，测量时不会受到风送料、粉尘、介质黏附、噪音或气流的影响，适用于温度在-40—200℃、压力在-100—300kPa的测量环境。这款雷达物位仪最大的特点是，微波测量采用W频段，测量频率在80～100 GHZ，因此雷达信号聚焦效果非常好，雷达波发射角度（每边）最大只有2度，极大的降低了内装件对测量结果的影响，技术达到世界领先水平。对于船上高度为8米的沥青存储罐，底部的安装件只要距雷达物位仪的水平距离保持在280mm以上，就不会影响测量结果。故雷达物位仪的安装位置较容易选择。此款雷达物位仪，十分适合沥青、水泥储存罐的液位测量。
在价格方面，一般非接触式雷达物位仪比导波式雷达物位仪价格高。频率越高，价格越贵。对于商用沥青运输船，船东对沥青液位的测量准确度要求非常高。若船东对价格不敏感，测量沥青存储罐液位时建议选用超高频非接触式雷达物位仪。
参考文献：
[1]陈岚. 沥青运输船的设计.武汉造船，1999（5）.
[2]邓刚，王燕. 雷达物位计在生产中的应用.化工设计通讯，2007，33（1）.
作者简介：
李雁（1981-），女，湖北，研究生，工程师，湖北省武汉市招商集团武汉长江船舶设计院有限公司。