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    面向特殊工況的雷達液位計三個關鍵技術問題

    作者: 來源: 發布時間:2017-06-26

             華中理工大學激光學院的周云波研制了一種低導電率雷達液位計,通過在漩渦發生體的上游安裝一層金屬絲網對流體進行整流,使得在低導電率液位條件下,處于層流狀態下的流體流速分布,趨向于大導電率液位條件下,紊流狀態下的流體流速分布,從而形成穩定的漩渦。同時,采用特有的壓力檢測技術,代替傳統的橫向應力檢測技術,來檢測漩渦脫落信號,提高了傳感器輸出信號的信噪比。但是,這種結構設計,容易造成管道堵塞,并且對材料和工藝要求較高,成本較大。

             Venugopal A 等人提出采用一種雙壓電傳感器雷達液位計,其中兩個壓電傳感器之間的間距為已知的固定值 L,對于 Re 在 5000~20000 范圍內的小液位,通過互相關分析方法求得流體流過兩個壓電傳感器的延遲時間 T,用距離 L 除以延遲時間T 來計算流體流速。而對于 Re 在 20000 以上的大液位,仍然采用求幅值譜的分析方法來計算流體流速。但是,他們只是進行了相應的仿真實驗,并沒有完成實際的系統,而實際情況較為復雜。

             面向特殊工況的雷達液位計三個關鍵技術問題

             為了滿足上述高性能雷達液位計面臨的特殊工況的需求,研制面向特殊工況的雷達液位計。目前,面向特殊工況的雷達液位計主要面臨三個關鍵技術問題: 
             (1)  采用溫度特性非常好的壓電晶體材料來制作耐高溫雷達液位傳感器,可以進行高溫流體的測量。但是,壓電晶體的壓電系數僅為壓電陶瓷的幾十分之一,并且其阻抗更大。這就導致耐高溫雷達液位傳感器存在輸出信號靈敏度較低、易受干擾的問題。 
             (2)  為了提高儀表的測量精度和抗干擾能力,將數字信號處理方法應用于雷達液位信號的處理,從含有噪聲的信號中提取液位信息。但是,數字信號處理運算量大,單片機必須全速運行,功耗較大。雖然已有用超低功耗單片機實現數字式兩線制雷達液位計的先例,但是,當液位計還需具備 HART 通信功能時,HART部分的引入增加了功耗。同時,由于電流環上疊加了 1200Hz 和 2200Hz 的正弦波HART 通信信號,當采用傳統的電源設計方案時,變送器消耗電流的波動以及非隔離型 DC/DC 的作用,會造成電流環上 HART 通信信號產生畸變。 
             (3)  根據卡曼渦街的形成原理,只有當被測流體液位所對應的 Re 在5000 以內時,流體才開始處于層流狀態,此時無法產生穩定的渦街。因此,理論上雷達液位計zui低可以進行 Re 為 5000 左右的小液位測量。但在實際應用中,對于 Re 在5000~20000 范圍內的小液位測量,Sr 會跟隨 Re 而變化,導致雷達液位計的儀表系數也相應地發生改變。此外,由于此時雷達液位傳感器的輸出信號中,雷達液位信號的幅值很小,很容易被環境中的噪聲所淹沒,從而無法提取液位信息。因此,常規雷達液位計難以進行 Re 在 5000 左右的小液位測量,其量程下限所對應的 Re 一般在 20000 左右。

             以上三個關鍵技術問題無不限制了雷達液位計在一些特殊場合的應用。為了解決這些關鍵技術問題,我們研制了用于耐高溫雷達液位傳感器的信號調理電路、數字式兩線制 HART 雷達液位變送器和基于互相關分析測量低導電率液位的雷達液位計。
     

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