【摘要】本文主要以华能铜川电厂使用的美国Magnetrol为例讨论导波雷达液位变送器在液位测量系统的设计及安装方面的几点问题，并对液位测量系统在设计及安装中存在的一些问题阐述了一些注意事项及改进方法。
O、引言
液位测量在工业自动化生产过程控制系统中起到很重要的作用，其设计及安装在很大程度上决定了液位测量的准确性、可靠性、及时性和精确性。近几年，电厂大量采用导波雷达液位变送器作为液位测量的首选仪表，主要应用在加热器、除氧器、凝汽器(排汽装置)、扩容器，污水处理池，轻油罐、酸碱罐、水箱等。笔者据以往现场施工经验，参考国内电厂在热力系统测控技术设计及应用中关于液位测量的工程实例，以及鉴于很多新建、改建、扩建机组在试运行及运行阶段出现了一些因水位测量数据真实性、准确性、及时性、可靠性不足而造成的运行故障、机组事故及降低了运行经济性等问题，对此有必要进行总结、探讨和提出一些改进方法。
1、测量原理
早期的液位测量仪表都是选用差压变送器，液位测量即对于液体容器内液面(即液位)相对于参考水平面(一般以容器容积允许的最低液面或运行中的正常标准液面做为参考水平面)的高度差进行测量，用以指导对容器液面进行的控制、监视及保护。如果实际中设计一个参考液面，从而可以测得实际设计参考液面与参考水平面的差值。而实际中用于测量设计的参考液面与理论参考水平面存在一个固定的高度差关系，但这经过调整修正即可消除影响。以此即可求得实际液面相对于容器理论参考水平面的高差值，即所需的液位测量值。如下图示：

导波雷达液位变送器原理是采用TDR(时域反射)原理，由发生器产生一个沿导波杆向下传送的电磁波，当遇到比先前传导介质(空气或蒸发气)介电常数大的液体表面时脉冲被反射，用超高速计时电路精确地测量出脉冲波的传导时间，从而实现对液位的精确测量
2、选型设计
选择适当的导波雷达探头在电厂实际应用中是十分重要的，因为探头的配置决定了一些基本的性能。
同轴式、双杆式(硬杆或钢缆)和单杆式是目前所用的三种基本配置，每种都有特定的优点和局限性。
同轴式探头是所有探头配置中最有效的，并且在所有应用场合中应该首先考虑的。同轴式钢缆、同轴式探头都是高频的脉冲能在他们的整个长度上几乎不受干扰的传播。在内杆和外部套管之间所形成的电磁场被完全的包容。同轴式配置的效率和敏感度，使其在介电常数极底(ε>1.7)的应用场合也会产生较强的信号强度。但是，在挂料和结垢的应用场合会容易产生测量误差。
双杆式探头不如同轴探头灵敏度高，这也是其测量的介电常数只能er>2.5的原因。他能够精确的测量易挂料和结垢的介质，膜状的挂料对变送器的性能影响较小，然而在两杆之间物料搭桥可能导致测量反常，所以应该尽量避免上述情况的出现。
单杆式探头是三种形式中效率最底的一种，其所检测的介电常数大约为er>10，当这种探头安装在80-150mm的金属储罐壁之间或金属笼子之间时，其介电常数性能被明显改善(er~3.0)他是最能忽视挂料和结垢，也是受物体接近程度影响最大的探头.
3、安装方式
根据导波雷达的结构特点，主要安装方法有两种：
3.1外置测量筒式安装
使用在加热器、除氧器、凝汽器(排汽装置)、扩容器部位的导波雷达采用的是外置测量筒式安装，测量筒一般根据设计提出的液位测量范围来生产，测量筒的上下连接151的中心距即是设计提出的液位测量范围，当然在上下连接口中心距的范围内还可以利用变送器来组态你所要求的量程范围。
3.1.1测量筒的设计和制作
测量筒的类型有两种：a.顶部为法兰(见图1)，b.顶部为3／4”NPT内螺纹(见图2)一般测量筒设计时确定：A=150mm，B=200mm，设计量程”C”；由于导波杆长度”Lff在设计量程”C”基础上再加E=200~300mm，L=C+E；当导波杆安装在测量筒上时，导波杆肯定足够长到下连接口以下，测量筒的材质一般为：测量筒的壁厚一般根据介质的温度压力来确定。

3.1.2容器液位测量的量程确定
热控专业根据工艺要求设计容器液位测量仪表，基本上有两种测量要求，一是只要测量整个容器的某局部一段(见图3、图4)，二是需要测量整个容器的全量程(见图5)；华能铜川电厂1#、2#、3#高压加热器采用图3安装方式、除氧器采用图5安装方式，凝汽器(排气装置)、5#、6#、7#低压加热器采用图3安装方式。
注意：局部测量方式，设计测量筒的上下连接口中心距C需要大于或等于容器的液位测量实际量程。

3.1.3测量筒与容器的连接
测量筒与工艺容器的连接，首先要确定容器液位测量实际量程(对于局部液位测量方式非常重要)，然后将测量筒的上下连接口的中间部分与容器的液位测量实际量程对齐(1}}：如果是局部测量方式，测量筒的上下连接口中心距C大于容器的液位测量实际量程，则只要求测量筒的上下连接口的中间部分能够覆盖容器的液位测量实际量程就可以了。在电厂的压力容器的顶部、侧部和底部都留有测量仪表用接口，我们根据实际的现场情况来选择接口，如果实在没有预留接口，将需要现场开孔(一般排汽装置需要现场开孔)，孔的内径一般为50mm(太小会造成液位测量的滞后)。
根据控制要求，电厂的容器液位测量有安装单台和多台导波雷达液位变送器的不同方案。对于单台变送器的安装请参考图3、图4、图5，引管可以按照示意图3、图4、图5来连接。如果要安装多台导波雷达，则需要从容器处引两根母管，多台导波雷达的各个测量筒再与母管连接。
3.1.4导波雷达与测量筒的连接
导波雷达与测量筒的安装只有两种形式，一是螺纹安装：首先用生料布绕螺纹处3.4圈，然后将导波杆旋到测量筒中：二是法兰安装：先将垫片放到法兰上，然后将法兰安装的导波杆插入法兰安装用的测量筒中，再用螺栓和螺母将两片法兰紧紧安装好。
注意：一般导波杆和测量筒为量身设计，但是插到测量筒中的导波杆顶端与测量筒底的最小距离为25mm。
3.2顶部插入式安装
使用在低压力水箱、水池部位的导波雷达采用的是顶部直接式安装，顶部直接式安装的接口都是法兰，对于导波雷达来讲，其选型一般有两种方式：一是法兰型，二是螺纹型(需要配中心开相应螺纹孔的法兰)。
3.2.1一般电厂除盐水箱采取顶装，两种类型的导波雷达实际就是法兰安装，只需将导波雷达插入容器(容器上有相应的法兰接口)中，安装好两片法兰就可以了；如果是敞开的水池(辅机冷却水水池)，则先要用角钢制作一个支架(或用足够大的钢管)，再在支架上焊接一个相应的法兰，然后将导波雷达安装在法兰上面。
3.2.3容器的顶部法兰的管咀，不同类型的导波雷达杆安装时管咀有不同的要求：
a.7XF、7X1、7X2单杆式探头管嘴直径必须大于或等于50mm，且管嘴直径与管嘴长度之比要等于或大于1：1(首选型号)
b、7XB、7X5、7X7双杆式探头管嘴直径必须大于或等于80mm。(华能铜川工程没有使用这种型号)
4、量程参数设置
量程参数设置有三种方式：
4.1当OFFSET为0时，所有的测量都是以天线的底端为参考点。所有的参数值都以天线底端做0点。

4.2当OFFSET为10时，所有的测量和参数设定时的参考点既为容器的底部。如图7所示。
4.3当OFFSET为负值，所有的测量和参数设定时的参考点都为天线上距离天线底端为OFFSET值的点。
5、特点
5.1性能不受工艺条件的影响(如比重和介电参数的变化不会产生影响)，尤其在负压工况下。例如：由于排污阀门关闭不严造成真空泄露(泄露量在允许范围内)，很少量的真空泄露不会影响导波雷达液位变送器测量的准确性。
5.2快速拆装万向接头，方便在线维护。
5.3效验时无须改变液位，可进行盲调。
5.4与常规差压测量方法相比较，节省了大量仪表管路，使仪表测量的滞后性大大降低。
5.5由于不需要安装冷凝器，也减少了给冷凝器注水的麻烦。
5.6价格偏高。
6、测量系统设计及安装中的几个常见问题及解决方法
6.1当采用多台导波雷达液位变送器用于同一引出母管时，测量的信号不一致。
出现这种现象主要是在安装多台导波雷达液位变送器时，其标高不统一所致。在安装时，先检查变送器测量筒上下中心距是否一致，如不一致，应记录其偏差值。然后以第一台变送器为标准，用水准仪测量其他变送器引出管的标高，其偏差不要超过1mm。最后设置量程参数时，用偏差值进行修正。
6.2出现乱码
在运行过程中，变送器不知什么原因出现几次乱码现象。热启动后或将电源切断后重新供电，此现象消失。经与厂家现场服务人员联系，可能导致此现象的原因有两点：此现象只出现在单表头变送器，接线时必须将显示表头拆下，恢复时表头没有插紧所致。另一种原因是接线不牢固。我们对现场所有单表头变送器进行检查，将表头一一插紧，接线端子重新紧固后，乱码现象再也没有发生。
6.3测量示值偏差
在运行过程中，导波雷达液位变送器测量的示值与就地翻板水位计有偏差。因为是第一次投用，怀疑内部液体比较脏，可能在水面上漂浮油层或存在泡沫现象(油层的介电常数比水的介电常数大)所致。后经排污清洗，测量示值偏差现象消失。
传感器探头紧固连接部分松动也会导致测量示值偏差，其现象是就地液位计为零，而仪表有输出值(1机组出现过类似故障)，大多数测量示值偏差现象都是设置不当引起的。
6.4信号漂移
这中现象只发生在变送器未投运之前，其原因是测量简体内没有液体，其向下传导的电磁波没有对象而产生的一种杂波，我们姑且称之为杂波现象。