【摘要】本文主要以華能銅川電廠使用的美國Magnetrol為例討論導波雷達液位變送器在液位測量系統的設計及安裝方面的幾點問題，并對液位測量系統在設計及安裝中存在的一些問題闡述了一些注意事項及改進方法。
O、引言
液位測量在工業自動化生產過程控制系統中起到很重要的作用，其設計及安裝在很大程度上決定了液位測量的準確性、可靠性、及時性和精確性。近幾年，電廠大量采用導波雷達液位變送器作為液位測量的首選儀表，主要應用在加熱器、除氧器、凝汽器(排汽裝置)、擴容器，污水處理池，輕油罐、酸堿罐、水箱等。筆者據以往現場施工經驗，參考國內電廠在熱力系統測控技術設計及應用中關于液位測量的工程實例，以及鑒于很多新建、改建、擴建機組在試運行及運行階段出現了一些因水位測量數據真實性、準確性、及時性、可靠性不足而造成的運行故障、機組事故及降低了運行經濟性等問題，對此有必要進行總結、探討和提出一些改進方法。
1、測量原理
早期的液位測量儀表都是選用差壓變送器，液位測量即對于液體容器內液面(即液位)相對于參考水平面(一般以容器容積允許的最低液面或運行中的正常標準液面做為參考水平面)的高度差進行測量，用以指導對容器液面進行的控制、監視及保護。如果實際中設計一個參考液面，從而可以測得實際設計參考液面與參考水平面的差值。而實際中用于測量設計的參考液面與理論參考水平面存在一個固定的高度差關系，但這經過調整修正即可消除影響。以此即可求得實際液面相對于容器理論參考水平面的高差值，即所需的液位測量值。如下圖示：

導波雷達液位變送器原理是采用TDR(時域反射)原理，由發生器產生一個沿導波桿向下傳送的電磁波，當遇到比先前傳導介質(空氣或蒸發氣)介電常數大的液體表面時脈沖被反射，用超高速計時電路精確地測量出脈沖波的傳導時間，從而實現對液位的精確測量
2、選型設計
選擇適當的導波雷達探頭在電廠實際應用中是十分重要的，因為探頭的配置決定了一些基本的性能。
同軸式、雙桿式(硬桿或鋼纜)和單桿式是目前所用的三種基本配置，每種都有特定的優點和局限性。
同軸式探頭是所有探頭配置中最有效的，并且在所有應用場合中應該首先考慮的。同軸式鋼纜、同軸式探頭都是高頻的脈沖能在他們的整個長度上幾乎不受干擾的傳播。在內桿和外部套管之間所形成的電磁場被完全的包容。同軸式配置的效率和敏感度，使其在介電常數極底(ε>1.7)的應用場合也會產生較強的信號強度。但是，在掛料和結垢的應用場合會容易產生測量誤差。
雙桿式探頭不如同軸探頭靈敏度高，這也是其測量的介電常數只能er>2.5的原因。他能夠精確的測量易掛料和結垢的介質，膜狀的掛料對變送器的性能影響較小，然而在兩桿之間物料搭橋可能導致測量反常，所以應該盡量避免上述情況的出現。
單桿式探頭是三種形式中效率最底的一種，其所檢測的介電常數大約為er>10，當這種探頭安裝在80-150mm的金屬儲罐壁之間或金屬籠子之間時，其介電常數性能被明顯改善(er~3.0)他是最能忽視掛料和結垢，也是受物體接近程度影響最大的探頭.
3、安裝方式
根據導波雷達的結構特點，主要安裝方法有兩種：
3.1外置測量筒式安裝
使用在加熱器、除氧器、凝汽器(排汽裝置)、擴容器部位的導波雷達采用的是外置測量筒式安裝，測量筒一般根據設計提出的液位測量范圍來生產，測量筒的上下連接151的中心距即是設計提出的液位測量范圍，當然在上下連接口中心距的范圍內還可以利用變送器來組態你所要求的量程范圍。
3.1.1測量筒的設計和制作
測量筒的類型有兩種：a.頂部為法蘭(見圖1)，b.頂部為3／4”NPT內螺紋(見圖2)一般測量筒設計時確定：A=150mm，B=200mm，設計量程”C”；由于導波桿長度”Lff在設計量程”C”基礎上再加E=200~300mm，L=C+E；當導波桿安裝在測量筒上時，導波桿肯定足夠長到下連接口以下，測量筒的材質一般為：測量筒的壁厚一般根據介質的溫度壓力來確定。

3.1.2容器液位測量的量程確定
熱控專業根據工藝要求設計容器液位測量儀表，基本上有兩種測量要求，一是只要測量整個容器的某局部一段(見圖3、圖4)，二是需要測量整個容器的全量程(見圖5)；華能銅川電廠1#、2#、3#高壓加熱器采用圖3安裝方式、除氧器采用圖5安裝方式，凝汽器(排氣裝置)、5#、6#、7#低壓加熱器采用圖3安裝方式。
注意：局部測量方式，設計測量筒的上下連接口中心距C需要大于或等于容器的液位測量實際量程。

3.1.3測量筒與容器的連接
測量筒與工藝容器的連接，首先要確定容器液位測量實際量程(對于局部液位測量方式非常重要)，然后將測量筒的上下連接口的中間部分與容器的液位測量實際量程對齊(1}}：如果是局部測量方式，測量筒的上下連接口中心距C大于容器的液位測量實際量程，則只要求測量筒的上下連接口的中間部分能夠覆蓋容器的液位測量實際量程就可以了。在電廠的壓力容器的頂部、側部和底部都留有測量儀表用接口，我們根據實際的現場情況來選擇接口，如果實在沒有預留接口，將需要現場開孔(一般排汽裝置需要現場開孔)，孔的內徑一般為50mm(太小會造成液位測量的滯后)。
根據控制要求，電廠的容器液位測量有安裝單臺和多臺導波雷達液位變送器的不同方案。對于單臺變送器的安裝請參考圖3、圖4、圖5，引管可以按照示意圖3、圖4、圖5來連接。如果要安裝多臺導波雷達，則需要從容器處引兩根母管，多臺導波雷達的各個測量筒再與母管連接。
3.1.4導波雷達與測量筒的連接
導波雷達與測量筒的安裝只有兩種形式，一是螺紋安裝：首先用生料布繞螺紋處3.4圈，然后將導波桿旋到測量筒中：二是法蘭安裝：先將墊片放到法蘭上，然后將法蘭安裝的導波桿插入法蘭安裝用的測量筒中，再用螺栓和螺母將兩片法蘭緊緊安裝好。
注意：一般導波桿和測量筒為量身設計，但是插到測量筒中的導波桿頂端與測量筒底的最小距離為25mm。
3.2頂部插入式安裝
使用在低壓力水箱、水池部位的導波雷達采用的是頂部直接式安裝，頂部直接式安裝的接口都是法蘭，對于導波雷達來講，其選型一般有兩種方式：一是法蘭型，二是螺紋型(需要配中心開相應螺紋孔的法蘭)。
3.2.1一般電廠除鹽水箱采取頂裝，兩種類型的導波雷達實際就是法蘭安裝，只需將導波雷達插入容器(容器上有相應的法蘭接口)中，安裝好兩片法蘭就可以了；如果是敞開的水池(輔機冷卻水水池)，則先要用角鋼制作一個支架(或用足夠大的鋼管)，再在支架上焊接一個相應的法蘭，然后將導波雷達安裝在法蘭上面。
3.2.3容器的頂部法蘭的管咀，不同類型的導波雷達桿安裝時管咀有不同的要求：
a.7XF、7X1、7X2單桿式探頭管嘴直徑必須大于或等于50mm，且管嘴直徑與管嘴長度之比要等于或大于1：1(首選型號)
b、7XB、7X5、7X7雙桿式探頭管嘴直徑必須大于或等于80mm。(華能銅川工程沒有使用這種型號)
4、量程參數設置
量程參數設置有三種方式：
4.1當OFFSET為0時，所有的測量都是以天線的底端為參考點。所有的參數值都以天線底端做0點。

4.2當OFFSET為10時，所有的測量和參數設定時的參考點既為容器的底部。如圖7所示。
4.3當OFFSET為負值，所有的測量和參數設定時的參考點都為天線上距離天線底端為OFFSET值的點。
5、特點
5.1性能不受工藝條件的影響(如比重和介電參數的變化不會產生影響)，尤其在負壓工況下。例如：由于排污閥門關閉不嚴造成真空泄露(泄露量在允許范圍內)，很少量的真空泄露不會影響導波雷達液位變送器測量的準確性。
5.2快速拆裝萬向接頭，方便在線維護。
5.3效驗時無須改變液位，可進行盲調。
5.4與常規差壓測量方法相比較，節省了大量儀表管路，使儀表測量的滯后性大大降低。
5.5由于不需要安裝冷凝器，也減少了給冷凝器注水的麻煩。
5.6價格偏高。
6、測量系統設計及安裝中的幾個常見問題及解決方法
6.1當采用多臺導波雷達液位變送器用于同一引出母管時，測量的信號不一致。
出現這種現象主要是在安裝多臺導波雷達液位變送器時，其標高不統一所致。在安裝時，先檢查變送器測量筒上下中心距是否一致，如不一致，應記錄其偏差值。然后以第一臺變送器為標準，用水準儀測量其他變送器引出管的標高，其偏差不要超過1mm。最后設置量程參數時，用偏差值進行修正。
6.2出現亂碼
在運行過程中，變送器不知什么原因出現幾次亂碼現象。熱啟動后或將電源切斷后重新供電，此現象消失。經與廠家現場服務人員聯系，可能導致此現象的原因有兩點：此現象只出現在單表頭變送器，接線時必須將顯示表頭拆下，恢復時表頭沒有插緊所致。另一種原因是接線不牢固。我們對現場所有單表頭變送器進行檢查，將表頭一一插緊，接線端子重新緊固后，亂碼現象再也沒有發生。
6.3測量示值偏差
在運行過程中，導波雷達液位變送器測量的示值與就地翻板水位計有偏差。因為是第一次投用，懷疑內部液體比較臟，可能在水面上漂浮油層或存在泡沫現象(油層的介電常數比水的介電常數大)所致。后經排污清洗，測量示值偏差現象消失。
傳感器探頭緊固連接部分松動也會導致測量示值偏差，其現象是就地液位計為零，而儀表有輸出值(1機組出現過類似故障)，大多數測量示值偏差現象都是設置不當引起的。
6.4信號漂移
這中現象只發生在變送器未投運之前，其原因是測量簡體內沒有液體，其向下傳導的電磁波沒有對象而產生的一種雜波，我們姑且稱之為雜波現象。