火力发电厂中使用的液位测量仪表种类众多，从测量原理上分， 有连通器式、 差压式、 电容式、 反射式等。 本文针对采用波的原理进行测量的反射式液位计， 即雷达液位计、 导波雷达液位计和超声波液位计， 从测量原理、 在火力发电厂的应用及选型、 仪表安装等方面进行对比分析， 为火力发电厂中此3种液位计的应用选型提供选型建议。
1、超声波液位计
1. 1 测量原理
超声波液位计是运用声波在不同介质中传播时的衰减、 穿透能力和声阻抗不同的性质， 在被测介质界面上产生反射和折射的原理工作的， 反射回波被探头接收并转换成电信号， 所测距离与传播时间成正比， 测量原理图如图1所示。
探头与介质液面间距离D 和声波传输时间t的关系为： D = c· t/2；
介质液位： L= E-D = E-c· t/2。

注： E为空罐高度 （测量零点） ； F为介质满灌高度； L为介质实际液位； BD 为盲区。
此外， 由于超声波液位计发射的超声波脉冲具有一定的时间宽度， 且发射完超声波后换能器存在余振， 期间不能检测反射回波， 造成探头表面下的一小段区域内 （图1的BD 区域） 的反射波与发射波重迭， 无法识别， 这一区域称为测量盲区。 应将介质满罐高度F设置在盲区BD之外。
1. 2 超声波液位计技术特点
（1） 非接触式测量。 超声波换能器安装在介质上方， 不与被测介质接触， 可对腐蚀性、 粘稠或有毒液体进行测量， 免维护， 使用周期长。
（2） 适应性强， 应用范围广 ， 不受介质密度、 介电常数、 导电性的影响， 通用性好。
（3） 无机械可动部位， 无磨损， 安装拆卸方便，换能器内压电元件以声频振动， 振幅小， 稳定性强，寿命长。
（4） 具有价格优势， 常温常压下， 超声波液位计是物料液位测量的选择。
1. 3 超声波液位计的选型
（1） 量程的选择： 根据实际量程选择相应的液位计， 若被测介质波动剧烈， 应选择大一级别量程的型号。 此外， 需注意液位计盲区， 被测介质的液位应避免处于超声波液位计盲区内。
（2） 接线形式的选择： 根据工作方式的不同分为两线制、 四线制， 两线制超声波液位计其供电（D C24V） 与信号输出 （4~20m A） 共用一个回路。
四线制超声波液位计其供电 （D C24V或AC220V）与信号输出 （4~20m A） 回路分离， 优势是发射功率大， 同时能够提供高、 低位继电器输出， 增加可选功能。
（3） 探头的选择： 根据被测介质的性质选择合适的探头， 如腐蚀性介质应选用防腐探头。
（4） 一体式或分体式的选择： 正常情况下一般选用一体式液位计； 如需要继电器开关输出来控制其他电器机构， 需要在第二现场显示则选择分体式。
（5） 不宜选用超声波液位计的场合。
（a） 被测介质为挥发性液体或含有大量水汽、粉尘、 液面上有泡沫等， 不宜选用超声波液位计。 因为声波遇到这些物质时会产生散射和反射， 这些物质也会吸收声波造成声波的衰减， 造成测量误差、虚假测量甚至探头无法工作。
（b） 压力过高对超声波的声速抑制作用增强， 影响测量精度， 甚至无法测量。 介质压力超过0. 2M Pa时， 不宜选用超声波液位计。
（c） 负压情况下， 不宜选用超声波液位计。 因为超声波传播需要空气媒介， 负压意味着空气稀薄，不利于超声波传播， 引起测量误差， 且声波衰减增大， 导致测量量程减小甚至不能测量。
（c） 对声波吸收能力强的介质， 不宜选用超声波液位计测量其液位。
（d） 被测介质的温度、 压力变化较大时， 如果没有相应校正， 会产生较大误差， 不宜采用超声波液位计。
2、雷达液位计
2. 1 测量原理
雷达液位计是一种基于微波技术的非接触式测量仪器。 电磁波与可见光物理性质相似， 传播不需要介质， 可穿透蒸汽、 粉尘等干扰源， 遇到障碍物易于被反射， 被测介质的导电性越好或介电常数越大， 回波信号效果就越好。 雷达液位计主要由发射和接收装置、 信号处理器、 天线、 显示等几部分组成。 高频振荡器产生的高频电磁波经天线发射， 波遇到物料表面反射后再由天线接收， 经信号处理器检测发射波及回波的时差或者频率差， 计算出液面高度。 测量原理图如图2所示。

注： E为空罐高度 （测量零点） ； F为介质满灌高度； L为介质实际液位
目前， 雷达液位计分为两大类， 一类为脉冲波式雷达液位计， 发射的电磁波为固定频率， 检测信号为电磁波的行程时间t， 液位计与介质液面间距离D 与行程时间t的关系为： D = c· t/2； 介质液位L= E-D = E-c· t/2。
另一类为调频连续波式雷达液位计， 发射的电磁波为等幅调频波， 频率随时间呈线性增加， 单位时间频率增量为δf， 检测信号为发射波和回波的频率差Δf， 电磁波单程时间为t 1 =Δf/ （2· δf） ， 液面高度L 1 = E 1 -c· Δf/ （2· δf） 。 其中， c代表电磁波速度。
2. 2 雷达液位计技术特点
（1） 非接触式测量， 不受被测介质物理化学性质影响， 可用于液体、 乳状体、 熔融体的液位测量。
（2） 电磁波传播时不需要介质， 不需考虑温度、 压力、 粉尘、 被测介质的挥发性对测量的影响。
（3） 一体化设计， 无机械可动部件， 无磨损， 安装使用简单， 可靠性好， 使用寿命长。
（4） 适用于介电常数大于1. 5的介质， 几乎能用于所有液体的液位测量。
（5） 无测量盲区， 测量范围大、 精度高， 可用于计量仪表。
2. 3 雷达液位计的选型
雷达液位计微波的聚焦和灵敏度都是由天线的外形决定的， 液位计可适应温度和压力的范围也与天线的材料和密封结构有关， 因此雷达液位计选型时天线的选择zui为重要。 天线型式主要有喇叭口
型、 抛物面型、 法兰下置型、 杆式。不同类型的天线在不同工况和使用中各有侧重， 以下为几类天线的特点：
（1） 喇叭口天线： 聚焦特性强， 可在高温高压条件下工作， 适用于绝大多数场合， 但不适合腐蚀介质的测量。 此类型天线的发射角与喇叭口直径及频率有关， 在相同频率下喇叭口直径越大， 波束角越小。 另外， 高频雷达能量高， 波束角小， 抗干扰能力强， 适合于长径比大的料仓测量， 固体料位的测量一般选用高频雷达料位计， 测量范围可达到70m ， 甚至可到100m 。 低频雷达频率低， 能量分散，抗粉尘能力弱， 在固体料位测量时， 测量范围不超过30m 。
（2） 抛物面天线： 波束角zui小 （4° 发射角） ， 波束范围小， 电磁波能量集中， 量程较大， 测量精度高（±1m m ） ， 能实现对介电常数小的介质的测量。 但抛物面天线尺寸较大， 安装使用不方便。 主要用于计量用途的液位测量。
（3） 法兰下置型天线： 用于强腐蚀性介质、 高温介质的测量及不适于顶部安装的测量环境。
（4） 杆式天线： 为了避免腐蚀性介质如盐酸等的挥发造成对天线的腐蚀， 将天线做成杆式， 使接触面积zui小化， 并且天线杆外层由耐腐蚀性材料制成， 常用于腐蚀性介质的测量。 但此类天线波束角较大， 工况复杂的条件下干扰回波多， 测量精度低。
3、导波雷达液位计
3. 1 测量原理
导波雷达液位计结合时域反射原理 （TD R） 、等效时间采样和现代的功率回路技术， 发射高频电磁脉冲沿导波杆传播， 遇到被测物料表面后， 反射形成回波并由天线接收， 由超高速计时电路测量出电磁脉冲波的传播时间， 根据TO F （Tim e ofFlight行程时间） 原理， 计算出被测介质的液位，属于接触式测量方式。 液位计主要包括电子表头和导波杆2个部分。 测量原理图如图3所示。 介质液位L= E- （c· t/2） 。 其中， c为电磁波速度； t为电磁波从发射到回收经历的时间。
高频电磁波到达物料表面形成回波后， 信号会减弱， 信号强度与物料的介电常数以及导电性成正比， 介电常数越大、 导电性越好， 回波信号越强。 回波信号是影响导波雷达液位计测量准确性的一个重要因素。 一些品牌的产品， 采取底部回波检测技术来保证不失波， 并采取一些误差补偿措施如气相误差补偿等， 提高测量精度。

注： E为空罐高度 （测量零点） ； F为介质满灌高度； L为介质实际液位。
3. 2 导波雷达液位计技术特点
导波雷达液位计主要具有以下优点：
（1） 导波雷达液位计的电磁波沿导体传播， 衰减程度小， 能耗低， 且脉冲信号能量集中， 不扩散，抗干扰能力强， 测量准确。
（2） 适用于较低介电常数介质的液位测量， 介电常数的大小只影响回波幅度大小， 不影响测量结果。
（3） 雾气、 泡沫等引起的散杂信号对测量无影响。 对于有明显的挥发性气体、 泡沫、 液位波动、 挂壁和结垢、 鼓泡或沸腾、 超低液位、 介电常数或比重变化的介质场合， 均能有效进行测量。
（4） 可用于介电常数相差很大的两种液体界面的测量， 如油、 水界面。
（5） 测量不受介质密度、 导电率和温度的影响， 适用于高温高压工况下的测量。
3. 3 导波雷达液位计的选型
导波雷达液位计探头的配置决定了一些基本性能， 不同的探头适用不同的测量对象， 因此选型时探头的选择十分重要。 根据探头结构的不同可分为3种类型： 同轴杆式、 双杆式和单杆式探头。
（1） 同轴杆式探头： 应用zui广泛的探头型式，适用于清洁的低粘度液体， 被测介质介电常数ε可低至1. 4， 并且可耐高温高压， 是所有导波杆中性能的。 但由于其敏感的 “封闭” 电磁场设计， 使同轴式探头在挂料和结垢的应用场合容易产生测量误差， 因此不适用于挂料和结垢、 泡沫场合介质液（料） 位测量。
（2） 双杆式探头： 杆为硬杆或钢缆。 适用于粘度较大且有少量挂料的工况， 可测量液体或散状固体。 其平行的导体设计方案不如同轴式设计方案灵敏度高， 被测介质介电常数须ε＞2. 0。 “开放” 的电磁场设计能够更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。 但在两杆之间物料搭桥或在隔离件上结垢， 都会导致测量的反常， 应避免。 并且向外扩散的电磁场使对靠近它的物体的近场效应更加敏感。
（3） 单杆式探头： 杆为硬杆或钢缆。 结构zui简单的探头， 是3种探头型式中信号传输效率zui低的一种， 被测介质介电常数须ε＞10。 是zui “开放” 的电磁场设计， zui能忽视挂料和结垢， 也是受物体接近程度影响zui大的探头。 适用于粘度较大、 泡沫、 挂料和结垢的工况， 可测量液体或散状固体。
4、三种液位计在火力发电厂的应用
4. 1 火力发电厂液位计的选型
在火力发电厂环境中， 3种液位计的应用选型总结如下：
（1） 超声波液位计主要应用于各种开放式或常压的箱、 罐容器及水池的液位测量， 如开/闭式水箱、 主油箱、 各种加药溶液箱、 水池的液位。
（2） 雷达液位计几乎能用于所有液体的液位测量。 考虑测量的稳定性和准确性， 雷达液位计多用于大量程液位的燃油油罐、 除盐水箱、 酸碱储罐的液位测量， 以及固体料位如原煤仓料位、 石灰石粉仓料位和灰库连续料位的测量。
（3） 在罐内有搅拌、 介质波动大的工况下， 或者小型罐体内的物位测量， 以及低介电常数介质的物位测量， 应选用导波雷达液位计。 电厂中导波雷达液位计主要应用于高压加热器、 低压加热器、 凝汽器、 除氧器等的液位测量， 也可以用于小机油箱、EH 油箱等的油位测量。