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测量介质惹起的非接触式雷达液位计误差剖析

责任编辑:江苏红器自动化设备有限公司发表时间:2019-09-16 14:08【
 雷达液位计是应用电磁波在被测物料面上的反射及其在空间的行程工夫来测量物位的,其抗搅扰功能好、耐低温高压、耐老化功能好、装置方便且精度高,所以使用越来越普遍。随着液位测量技术的开展,雷达液位计己逐步成爲主流的工业液位计之一,并普遍使用于电力范畴,对该类仪表的误差剖析,有助于研讨目前雷达液位计在电厂设计中使用的合感性,并可指点电厂设计任务。
 
1、非接触式雷达液位计测量原理
 
        雷达液位计周期性地向被测物料面发射电磁波脉冲,当接纳到被测物料面上反射回来的回波后,测量两者工夫差,即电磁波脉冲的行程工夫,来计算物料面的间隔,如图1所示,即:
 
                              h=H-t/2(1)式中,h爲液位;H爲罐高;:爲电磁波速度;t爲电磁波脉冲从发射到接纳到回波的行程工夫。
 
雷达液位计原理表示图
 
2、非接触式雷达液位计的误差剖析
 
    由式(1)可以看出,液位h和罐高H是固定的,电磁波脉冲工夫t次要取决于液位计自身的元器件质量和回波处置软件等,因而,惹起雷达液位计误差的次要要素是电磁波在介质中的传达速度。
 
2.1电磁波的传达速度
 
    电磁波在真空中的传达速度由下式给出:
 
 
 
式中,Go爲电磁波在真空中的传达速度,Eo爲真空介电常数,Uo爲真空磁导率。
 
    介电常数E是介质的一个特性,它影响电荷互相作用力的大小,介电常数越大,两个电荷之间的作用力越小。真空中的介电常数。0=8.854 X 10-12 F/m。某种介质的介电常数对真空介电常数的比被称爲介电常数Er,它是一个无量纲的参数,即:
 
 
 
        在使用电磁波来检测物位时,被测物料的介电常数一是十分重要的,它会影响到电磁波的传达速度,关于介电一常数低的被测物料,局部电磁波能量将穿入物料,剩下的局部能量将从料面上反射。当介电常数Er<2时,非接触式雷达液位计将难以完成测量。
 
        电磁波的磁感应强度矢量对电磁波的速度影响次要表现在磁导率U,磁导率Ur是介质内磁导率U与真空磁导率Uo的比。就电磁波在非磁性气体和蒸汽中的传达速度而言,磁导率的影响微乎其微,而与介电常数相比,它对电磁波的反射也没有本质的影响。关于在被测物料上方的非磁性气体,其磁导率Ur=1。
 
        由于不同介质的介电常数不同,因而电磁波在其内的传达速度也不一样,某一介质中的传达速度由下式给出:
 
 
 
        式中,C爲电磁波在介质中的传达速度;Co爲电磁波在真空中的传达速度;Er爲介电常数;Ur爲磁导率。
 
2.2   误差剖析
 
        关于非接触式雷达液位计,气相介质的温度、压力、气体成分等参数变化会惹起电磁波传达速度变化,由于传达介质的介电常数会变化,从而惹起雷达液位计误差。气相介质的介电常数由下式给出:
 
 
 
        式中,Er爲气相介质的介电常数;ErN爲介质在规范形态下一的介电常数;Tn爲规范形态下的温度,即273 K;Pn爲规范形态下的压力,即100 kPa ; T爲进程温度;P爲进程压力。
 
        式((5)中,一些常用气体在规范形态下的介电常数如表1所示。
 
        将式(5)代入式(4)中,便失掉在实践工况下,电磁波在气相介质中的传达速度爲:
 
公式6
 
常用气体在规范形态下的介电常数Er n
 
        由式(5)和式(6),就可以依据实践的工况条件,即气相介质的温度、压力、气体成分等参数,计算出不同气相介质的介电常数和电磁波的传达速度,从而计算出雷达液位计在实践工况条件下的误差,同时可以独自剖析进程温度和压力的变化惹起的误差。
 
3 某电厂设计中非接触式雷达液位计误差剖析
 
        从某电厂设计文件的信息中可以看出,非接触式雷达液位计次要使用在罐体和地坑中,大局部仪表的测量精度要求爲士2.5%。上面以其中某零碎的水箱液位测量爲例,就某电厂设计中的非接触式雷达液位计停止误差剖析。
 
3.1状况引见
 
        某零碎的水箱液位测量选用非接触式雷达液位计,当液位降至低整定值时,翻开补水阀门,当液位升至高整定值时,封闭补水阀门。仪表次要数据状况如表2所示。
 
某零碎非接触式雷达液位计的次要数据
 
    仪表的测量环境良好,无泡沫、粉尘、液面动摇、结晶等状况,依据电厂zui终选用仪表的相关材料,采用仪表的精度可以到达士2 mm.
 
3.2仪表误差剖析
 
        罐体的上部介质是氮气,由表1中数据可以查得,氮气在规范形态下的介电常数ErN爲1.000 576,进程相对压力P爲1.134 kPa,进程温度T爲65.6 0C,即338.6 K,将以上数据代入式(5)和式((6),失掉仪表在实践工况下的介电常数和电磁波传达速度:
 
 
 
        通常雷达液位计是在规范形态下的空气中校准的,则校准时,介质的介电常数由表1可查得爲1.000633,代入式(4),可求得校准的电磁波传达速度爲:
 
 
 
 
 
        由以上计算剖析可以得出,只需供货商可以保证仪表自身元器件和处置软件的质量,并保证仪表在现场正确装置,依据实践工况条件,仪表可以满足其给出的士2mm的精度保证,同时仪表选型也满足工艺要求的士2.5%精度。以上剖析也证明了非接触式雷达液位计的精度的确比拟高,适用于很多精度要求高的场所。