科隆雷达物位计培训.ppt

1、1 1 科隆测量仪器（上海）有限公司科隆测量仪器（上海）有限公司 KROHNE Measurement Instruments (Shanghai) Co.,Ltd 2 仪表型号 OPTIFLEX 1300C OPTIFLEX 1100C OPTIFLEX 2200C/F OPTIWAVE 7300C OPTIWAVE 6300C OPTIWAVE 5200C/F 3 3 直接测量模式直接测量模式 电脉冲沿到波天线传播遇到介质后返回，所花的 时间与测量的距离成正比。 对于大的介电常数介质（通常含水介质）使用直 接模式。 这种工况可用面板调试！ 4 4 计算方法计算方法 C0 = 300,000

2、,000m/s D = C0 x t/2 L = H - D 特别提示：特别提示： 测量几乎不受测量几乎不受 温度，压力等温度，压力等 因素的影响，因素的影响， 从而为从而为 高精度高精度 的物位测量提的物位测量提 供保证！供保证！ TDR时域反射原理时域反射原理 = Time Domain Reflectometry 微脉冲被发射并沿着天线传播微脉冲被发射并沿着天线传播 脉冲在介质（液体或固体）表面被反射脉冲在介质（液体或固体）表面被反射 天线的长度覆盖待测的量程天线的长度覆盖待测的量程 通过测量脉冲传输所花费的时间而得到距离通过测量脉冲传输所花费的时间而得到距离 Optiflex 1300

3、C/-L系列“导波雷达系列“导波雷达”工作原理工作原理 D = 距距 离离 L = 液液 位位 H = 罐罐 高高 5 5 1,80 2,00 2,20 2,40 2,60 2,80 3,00 3,20 3,40 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 过程连接处的反射 在物位处的反射 时间 e er-低低 e er-高高 er越小，反射越弱 er越大，反射越强 直接测量模式直接测量模式-介质相对介电常数介质相对介电常数 e er的变化对信号反射的影响的变化对信号反射的影响 物理定义物理定义: 两极板间充满某种均匀电介质时的电容两极板间充满某种均匀电介质时的电容C与两极

4、板间为真空时与两极板间为真空时 的电容的电容C0的比值的比值 e er = C/C0 对物位测量的影响对物位测量的影响 反射强度取决于被测产品的相对介电常数反射强度取决于被测产品的相对介电常数 相对介电常数越高，反射强度越大相对介电常数越高，反射强度越大 电磁波的传播速度电磁波的传播速度 er c V 0 6 6 过程连接处反射 1,80 2,00 2,20 2,40 2,60 2,80 3,00 3,20 3,40 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 Time er c V 0 2 01 cV 空仓时天线末端反射 有物料时天线末端发射 Dt Level TBF=T

5、ank Bottom Follow 罐底跟踪模式罐底跟踪模式 最小介电常数可达最小介电常数可达1.1 TBF模式下测量物位模式下测量物位 7 7 er c V 0 2 01 cV 自动测量模式自动测量模式=直接测量模式直接测量模式+TBF模式模式 利用利用TBF模式计算的物位距离，和直模式计算的物位距离，和直 接模式测量的物位距离。接模式测量的物位距离。 可以自动修正介电常数！可以自动修正介电常数！ 直接模式的物位值直接模式的物位值=TBF模式的物位值模式的物位值 8 导波雷达导波雷达TBF模式：天线长度（正确长度的重要性！）、末端信号（加模式：天线长度（正确长度的重要性！）、末端信号（加 强

6、）、介质介电常数设置强）、介质介电常数设置 天线长度-法兰下沿到重锤下沿的距离 螺纹型的：螺纹上沿开始！ 末端信号-可选“正”、“负” 看波形那个大用那个！ 不可选无末端信号！ 9 9 e er1 界面处反射 1,80 2,00 2,20 2,40 2,60 2,80 3,00 3,20 3,40 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 过程连接处反射 time 液位处反射 er c V 0 2 01 cV 直接模式下测量液位及界面直接模式下测量液位及界面 特别提示：特别提示： 界面的测量基于界面的测量基于 e er1 * e er 1*2（界面）（界面） e er2

7、（液位）（液位） 上层厚度上层厚度60mm；有明显的界面；有明显的界面 e er2 10 雷达交付文件雷达交付文件- .ref 放大倍数问题:以现场无需放大或缩小能看清波形 , 合理选择合理选择 Asked Gain ！ 文件记录数据块大于文件记录数据块大于20 ！ 11 界面设置界面设置-在快速设置中在快速设置中 选2 ,必需选不混合 选2，必需选,混合 12 乳化层厚度问题乳化层厚度问题-讨论讨论 上层油 油包水 水包油 水 其它解决方法：加浮球。 13 1300导波测低介电常数介质，接近罐底跳零问题导波测低介电常数介质，接近罐底跳零问题 选2 ,必需选不混合 选2，必需选,混合 14 导

8、波雷达顶部“塑料”法兰问题，（螺纹连接的。）导波雷达顶部“塑料”法兰问题，（螺纹连接的。） 不允许使用塑料法兰 螺纹连接的，安装在架空环境也不允许 15 OPTIFLEX1 TDR 基本特性基本特性 从“低”“低”介电常数介质到“高”“高”介电常数介质产生“正”“正”反射波，反之产生“负”“负”反 射波 （ “低”-“高” ：“正” 波 ； “高”-“低” ：“负” 波） 四种测量方式： 直接模式 最常用 介面测量模式 典型：油/水 介面 必须正确输入“油”的介电常数！必须正确输入“油”的介电常数！ TBF 罐底跟踪模式 通常测量小介电常数介质 是否用是否用TBF必须看波形图！必须看波形图！

9、自动测量模式 天线长度必须准确！天线末端信号设定必须正确！是否用必须看波形图！是否用必须看波形图！ 16 单缆、单杆的适用性单缆、单杆的适用性 测量感应范围：测量感应范围：300mm 半径半径 （安装环境要求高，感应圈内无结构件安装环境要求高，感应圈内无结构件） 介质介电常数：介质介电常数： e er 1.6 不怕挂料不怕挂料 原理上杆的长度无限制，但运输有问题原理上杆的长度无限制，但运输有问题 17 双缆、双杆的适用性双缆、双杆的适用性 测量感应范围：测量感应范围：100mm 半径（半径（100*200的的8字形）字形） （安装环境要求中安装环境要求中） 介质介电常数：介质介电常数： e e

10、r 1.5 有点怕挂料有点怕挂料 原理上杆的长度无限制，但运输有问题原理上杆的长度无限制，但运输有问题 18 同轴的适用性同轴的适用性 测量感应范围：测量感应范围：22 mm 测量管内部测量管内部 （安装环境要求低，同轴可以接触结构件安装环境要求低，同轴可以接触结构件） 介质介电常数：介质介电常数： e er 1.4 怕挂料，典型应用：凝析油液位测量怕挂料，典型应用：凝析油液位测量 有长度无限制，运输有问题有长度无限制，运输有问题 19 天线类型和相对介电常数对盲区的影响天线类型和相对介电常数对盲区的影响 天线类型天线类型 顶部盲区顶部盲区 A1 e er = 80 底部盲区底部盲区 A2 e

11、 er = 80 顶部盲区顶部盲区 A2 e er = 2.3 底部盲区底部盲区 A2 e er = 2.3 mm 同轴同轴 10 10 10 50 双杆双杆 125 10 165 50 双缆双缆 125 10 165 50 单杆单杆 200 10 250 50 单杆直径单杆直径 8mm 200 10 250 50 单杆直径单杆直径 4mm 200 10 250 50 单杆直径单杆直径 2mm 200 10 250 50 20 信号输出和推荐配线信号输出和推荐配线 标配：一路4-20 mA + HART无源 信号输出 选配：二路4-20 mA 无源 信号输出 主要用于带界面测量功能的场合 一路

12、用于液面、另一路用于界面 21 科隆雷达的转换器科隆雷达的转换器 - 输出电流输出电流 输出输出 1: 1: 4.20 mA (3.8.20.5 mA - NE43) + HART 输出输出 2: 2: 4.20 mA (3.8.20.5 mA - NE43) 错误输出：错误输出：3.6、22、hold（保持），强烈推荐选：保持（保持），强烈推荐选：保持 错误错误 错误错误 开路开路 量量 程程 范范 围围 0 mA 3.6 mA 3.8 mA 20.5 mA 22 mA NAMUR NE43 错误错误 错误错误 开路开路 量量 程程 范范 围围 0 mA 3.6 mA 4 mA 20 mA

13、22 mA 标准标准 4-20mA 22 22 感应圈：感应圈： 单缆、杆单缆、杆: 300 mm 半径半径 双缆、杆双缆、杆: 100 mm 半径半径 同轴天线同轴天线: 外部没有要求外部没有要求 例外：平行于天线的罐壁，需保证天线例外：平行于天线的罐壁，需保证天线 没有明显的摆动！也没有介质“搭桥”没有明显的摆动！也没有介质“搭桥” OPTIFLEX 安装指导安装指导,感应圈内没有结构件感应圈内没有结构件 23 23 直接模式直接模式 电脉冲沿到波天线传播遇到介质后返回，所花的时间 与测量的距离成正比。 对于大的介电常数介质（保守估计介电常数大于10的 介质）使用直接模式。如果没有其它干扰

14、， 这种工况 可用面板调试！ 24 通过就地面板显示波形通过就地面板显示波形 按上下键显示液位+ 示意图 按 “”键二次显示 液位 ，不带示意图 显示波形 读取实际反射电压 门槛电平设定 设定值=实际反射电 压的一半 25 配合的高级设置配合的高级设置-检测延时使用检测延时使用 可以屏蔽顶部干扰，不要切除用户最高液位！ 能用检测延时解决的不建议用Snapshot First Meter 26 典型的导波雷达波形图典型的导波雷达波形图 27 2200 、1100 测量模式切换（切入自动模式、直接模式、测量模式切换（切入自动模式、直接模式、TBF模式）模式） 直接模式-将Probe End The

15、rshold 调到1000 TBF模式-将Measurement Thershold调到1000 自动模式-合理调整上述二个阀值 28 1300在空罐时可能显示非零值，如何处理在空罐时可能显示非零值，如何处理？（？（7300？）？） 对于单缆有重锤、双缆天线可以找到末端信号，合理设定门槛电平解决。 对于微弱或没有末端信号如何处理，通过波形图判别，必要时建议天线末端加反射板，通过波形图判别，必要时建议天线末端加反射板， “制造”一个末端信号“制造”一个末端信号 29 导波雷达调试时空罐，门槛电平如何设定导波雷达调试时空罐，门槛电平如何设定？ 1 根据经验值设定。 2 将物位阀值“门槛电平设”的比

16、最大的干扰信号大，比将物位阀值“门槛电平设”的比最大的干扰信号大，比 天线末端信号小。（介于二者之间）天线末端信号小。（介于二者之间） 空罐时确保“看到”天线末端信号！空罐时确保“看到”天线末端信号！ 解决无信号非零解决无信号非零 发现安装问题发现安装问题 有条件，在没进料时到现场调试非常重要！有条件，在没进料时到现场调试非常重要！ 30 有干扰，物位阀值：大好？有干扰，物位阀值：大好？ 小好？、（输出保持）小好？、（输出保持） 有干扰，容易引起跳变。 物位阀值大一点可以改善 ，但不能杜绝跳变。 31 假四线制第一路电流设置（降低线路损耗），设地址假四线制第一路电流设置（降低线路损耗），设地址

17、 VS 超量程。超量程。 量程10倍罐高！，这样电流最 大5.6 mA 设HART地址，电流为4mA 目的：减小线路压降。 32 f t T f0 B 00 2 f st sr ramp- generator reflector sa time of flight st sr 2 4 2 6 FMCW调频连续波雷达工作原理调频连续波雷达工作原理 33 33 f t 24 GHz 26 GHz t f 24 GHz OPTIWAVE雷达系列的工作原理雷达系列的工作原理 - 调频连续波（调频连续波（FMCW） 34 2d 电磁波速等于光速电磁波速等于光速 s m 103 8 0 c 测量发射波和反

18、射波测量发射波和反射波 之间的时间差之间的时间差 距离可由距离可由d以下公式推以下公式推 导而出导而出 0 2c t d 脉冲雷达脉冲雷达 2 x 1m = 0.000,000,0067S = 3 x 10 m/s 8 当距离当距离 d = 1m 时，时间差为时，时间差为 脉冲（脉冲（Pulse）雷达工作原理）雷达工作原理 35 FMCW雷达雷达 技术优势技术优势 FMCW雷达是连续工作的而脉冲雷达是间歇工作的雷达是连续工作的而脉冲雷达是间歇工作的 目标目标 干扰体干扰体 36 36 该实验，在该实验，在KROHNE法国法国18米的标定装置上进行，目标物为直径米的标定装置上进行，目标物为直径8

19、0mm的钢球的钢球 。 关于关于OPTIWAVE 非平整表面介质测量非平整表面介质测量 37 37 OPTIWAVE 7300C 2号对比产品号对比产品 1号对比产品号对比产品 关于关于OPTIWAVE 非平整表面介质测量非平整表面介质测量 38 Optiwave 的主要调试手段的主要调试手段 空罐检测（空频谱）空罐检测（空频谱）Empty Spectrum 在波形图中，液位上方有固定干扰（干扰波的大小与液面波相仿）在波形图中，液位上方有固定干扰（干扰波的大小与液面波相仿） 必须作空罐检测！作完后看波形。液面信号必须是最大的。必须作空罐检测！作完后看波形。液面信号必须是最大的。 罐内有搅拌器，

20、必须开启！罐内有搅拌器，必须开启！ 39 测量频谱测量频谱 介质液位介质液位 搅拌搅拌 罐罐 底底 介质液位介质液位 测量频谱测量频谱-空频谱空频谱=修正的频谱修正的频谱 空罐检测功能，给罐体“拍照”空罐检测功能，给罐体“拍照” 空频谱空频谱 40 看波形看波形 41 通过就地面板显示波形通过就地面板显示波形 按上下键显示液位 +示意图 按 “”键二次显 示液位 ，不带示意 图 显示波形 根据波形做空罐检 测 42 辅助手段辅助手段 跟踪速度： 询问用户最快的上升（下降）速度，仪表的设 定值大于实际速度。 时间常数：通常在调试时设为1-3秒，调试完后根据波动 情况作调整 多重反射：通常关闭 4

21、3 特殊调试手段特殊调试手段 用户反映在空罐时仪表指示不为零用户反映在空罐时仪表指示不为零 解决方法：设定的罐高解决方法：设定的罐高+X m，罐底迁移，罐底迁移-X m 44 特殊调试手段特殊调试手段 介质介电常数小，液位反射波比较弱液位反射波比较弱 罐的类型设为：工艺罐（Process Tank） 用户反映仪表指示“死机”，断电“死机”，断电-重新通电后指示正常重新通电后指示正常 提高跟踪速度、加大测量窗口宽度。 在有粉尘、水气应用场合仪表指示满度 （加反吹、加保护罩、增大天线、用6300） （定期清洁天线） 教会用户作空罐检测教会用户作空罐检测 45 卧罐、球罐必须装导波管，为避免罐内结构

22、件干扰也可用导波管卧罐、球罐必须装导波管，为避免罐内结构件干扰也可用导波管 有多重反射 46 导波管（旁通管）与天线尺寸关系导波管（旁通管）与天线尺寸关系 天线与管壁间隙小于2.5mm 导波管至少必须有一个顶部气相孔 导波管接缝小于1mm 47 重启仪表确认仪表正常重启仪表确认仪表正常 有时有些参数修改后退出时默认不保存 有些要按二次回车 如：面板设置物位阀值设置，必须按二次回 车键！ 48 设定的物位阀值会“变化”设定的物位阀值会“变化” 面板设置物位阀值设置，必须按二次回车键！ 仪表的放大倍数变了 “Gain” Gain 振幅 7 0.8 6 0.4 5 0.2 4 0.1 3 0.05

23、49 7300、6300 组合算法组合算法 面板、电脑软件都可设置 但建议用电脑，可以看到完整波形 50 Compounding Algorithm Parameter Num. of FFT Num. of Lines for Barycenter Filter Type Spectrum Quality Threshold Steep Slope 10252 10 25 2 25% Medium Slope 05202 5 20 2 25% Flat Surface 05151 5 15 1 25% 对于对于6300，不同的介质类型自动生成。，不同的介质类型自动生成。 7300自己设置。自

24、己设置。 51 组合算法组合算法 1 GHz Filter 2/3 :Cut Off Frequency = 1,8 m Filter 4/5/6 : Cut Off Frequency = 3,2 m 52 其他问题其他问题 24 VDC供电4线制仪表改用2线制仪表 “24VDC+” 接仪表 “正” “I+” 接仪表 “负” “24VDC-” 与 “I-” 短接 输出电流出错状态选 “HOLD” ，可以极大的避免输出跳变。 在波形图中有连续不断的小干扰信号，法兰接大地。 在调试时仪表一直重新启动，可能供电电压太低。因为在调试时我们在回路中串联一个250欧姆 电阻上面 的压降是 1-5VDC。

25、 在回路串联一个9VDC干电池用于调试! 用户负载接“+端”！包括我们的取样电阻，供电不够时超量程设置，或尝试共用用户负载。 HART通讯时好时坏，笔记本电脑用电池供电（不用交流电）。必要时仪表用3个9VDC干电池供电。 Pactware 无法存储数据，恢复出厂设置后重新调试。 为检验调试结果，重新启动仪表。指示是正常值。为检验调试结果，重新启动仪表。指示是正常值。 用户“一级”菜单被密码锁定，进服务菜单解除用户密码。 服务菜单口令：121314 53 6300、7300 罐底信号问题罐底信号问题 罐高+x 米、罐底迁移-x 米 看波形 转动表头，“看到”“看到”罐底信号 54 电源模块损坏判别（接地线配置）电源模块损坏判别（接地线配置） “-”端对地电压大于5V，使用悬空的独立电源 有按键麻木现象、不断重启现象、黑屏现象。 55 水滴天线进水的现象水滴天线进水的现象 物位信号比较弱 做空频谱，消除顶部干扰信号 敲击仪表，顶部又会出现干扰信号 56 5200 顶部死区问题 5200 多重反射问题（调试：跟踪速度、最小窗口、转角度）,7300转角度找到罐底波（ 玻璃钢罐） 5200 最小窗口 57 谢谢！谢谢！