图1 安装在高温精炼油水分离器原有罐体内的罗斯蒙特GWR变送器

导波雷达技术（GWR）作为液位和界位测量机械技术的替代产品，已经越来越多地被接受和应用。该技术广泛用于过程工业中的旁通流室，因测量技术无运动部件，不会因密度变化受到影响，能够提供更精确可靠的液位和界位测量，从而保证工厂的高效运作。

在需要检测小量程过程控制的各种装置中，通常会利用浮筒液位计以及其他机械技术来进行液位、界位以及密度的测量。由于导波雷达技术（GWR）拥有众多优于其他机械技术的优势，人们开始考虑该项技术的众多应用潜力。

图2 在现有的容器及适当的法兰盘上，用GWR代替机械变送器只需数分钟便能完成

浮筒液位计是一种结实耐用的液位测量设备，能够处理大范围的压力和温度。其主要测量原理是利用浮子在液体中的浮力，因密度的变化会影响准确度，所以在选择液位计尺寸时流体密度是关键因素，并决定其信号的稳定性。液位计上的积聚物也会影响测量精度。

在导波雷达装置中，GWR安装在密闭罐或容器的上方，探针向下插入容器的深处。制造商提供多种类型的探针，确保使用不同的储罐和介质时均能达到最佳测量效果。比如，艾默生公司可以提供同轴探杆、刚性单探杆、挠性单缆、刚性双探杆和挠性双缆，同时也有针对腐蚀性和高温环境下使用的探杆。

图3 罗斯蒙特高性能GWR采用DST技术，相对于传统GWR，可以将返回信号强度增强至2~5倍

GWR以沿着探杆发送的低能量微波脉冲为基础，脉冲触到介质表面后，反射信号传回变送器。变送器测量脉冲到达介质表面以及反射回来的时间，并由板载微处理器根据“时间差”原理精确计算从探杆处到介质表面的距离。

由于导波雷达技术与密度无关，同时不会受到大幅扰动和振动的影响，所以其在此类应用中测量的精度和可靠性大大提高。另外，如果密度不同于确定液位计尺寸时所依据的密度，也不会影响其精确度，同时，积聚物的内部结构对测量结果更是毫无影响，因此无需重新校准。

图4 GWR反射曲线能够让我们看清封闭容器内的情况。

由于GWR没有附带活动部件，所以保养费用更低，进而彻底避免出现错误的测量数据，避免危险发生。正是由于这些原因，GWR液位及界位测量变送器能够在很多复杂的应用领域内大幅节约操作成本。比如据艾默生的罗斯蒙特GWR用户反馈，每台每年的维护和维修成本可节约1000~8000美金。

无论是新设备还是现有设备，GWR变送器都能轻松便捷地安装。当使用GWR来替换机械式变送器的时候，可在现有的罐体进行一对一更换。

图5 GWR测量界位

GWR装置性能的提高

为了扩大GWR的应用范围并提高其性能，制造商增加了变送器的智能化和信号处理能力，实现智能型诊断和提高测量的精度与可靠性。例如艾默生公司获得专利的直接转换技术（DST），通过最大程度地减少返回信号的损耗，将信号强度提高到2~5倍，从而进一步提高了罗斯蒙特系列GWR产品的性能。它不仅能够提供更好的信噪比，而且能够更好地处理众多影响因素，例如在探杆附近的物体、附膜、泡沫、蒸汽和扰流等。

艾默生公司的DST使GWR通过一个探杆来进行长测程（50 m）以及低电解（低反射）介质测量（最低1.2）。同时，DST还使GWR可以使用一个探针来进行界位测量，这对于粘合性介质是一大优势。使用单个探杆能够最大程度地减少同轴探杆和双探杆等其他探杆类型对污油测量时存在着的维护问题，如污油会出现弥合现象，从而导致反射错误，因此也提高了保养的需求。

图6 耐用的罗斯蒙特GWR高温高压探杆切面图

智能化高级诊断系统不仅能够帮助我们对GWR进行预防性检修，同时能使我们对过程有更好的掌控。为了保证信号强度稳定而不会减弱，艾默生公司提供了选配产品，即信号质量检测功能，以对信号强度进行实时监控。信号质量检测功能同样可以对比表层及噪声，可以用来确定探杆表面附膜情况、沸腾的界位、泡沫和进行模拟等。

GWR的反射曲线能够让我们看清封闭容器内部的情况，在极少数出现问题时，能够给我们足够的反馈，这样我们就无需打开容器和卸下浮筒液位计。

图7 在高压饱蒸汽应用中，没有DVC情况下的信号曲线，DVC通过探针上的反射器来测量蒸汽电介质，校正液位，并对出现的变化给予补给
 

使用GWR进行界位测量

GWR技术还可以用于界位测量。在图5所示案例中，罗斯蒙特GWR拥有先进的信号处理能力，能够通过悬浮中过程介质中的同一传感器和惰性金属探杆进行高位或液/液界位测量。这样，当探杆周围过程介质的介电常数发生变化时，脉冲就会返回信号。

2线制回路供电的电子变送器通过高级信号处理技术来计算表层或界位，配有用户友好型软件工具，方便配置。

图8 安装在高压油气分离罐上的GWR

然而，浮筒液位计技术在厚乳化层界位测量中是也是有优势的，因为浮筒液位计基本上可以取得密度平均差值来测量界位。而如果没有明显的界位，GWR测量是随着介电性能变化而变化的，因此其结果具有不可预测性。

在高温高压下的表现

特制探杆可以在特殊的温度和压力下使用。比如艾默生公司的GWR能够在-196~+400℃或0~5000磅/平方英寸（345bar）的温度和压力下正常工作。探杆拥有多层保护，其密封装置包括一个温度与压力屏障，装在一个灵活的组件中，以处理探针移动产生的力量、振动和温度变化。另外还有一个铜焊的密闭的气密封口，该封口是独立的，提供另外一层保护，整个装置焊在一个不锈钢套管内。

图9 GWR在甲醇蒸馏塔中的测量

对于高压饱和蒸汽以及多变的压力和温度环境，测量无论对于浮筒液位计还是GWR来说都是一个挑战。对于浮筒液位计，压力的变化会引起30%的误差；而对于GWR，高电介性的蒸汽同样会引起20%的误差，但是在这种情况下保持其精确性依然是可能的。艾默生公司带有动态蒸汽补给（DVC）的GWR运用装于钢化独立探杆一个固定位置的反射器来测量蒸汽电介质，然后自动利用测量数据对当蒸汽电介质的变化进行补偿，将最终精度控制在2%以内。需要运用该测量方式的应用类型包括锅炉、除气器、锅炉给水加热器及蒸汽锅筒。

GWR与非接触式雷达的比较

在大部分密闭容器测量中，推荐使用GWR，而不是非接触型雷达，主要是因为它不受容器的大小以及形状限制，短测程效果更佳。其探针可渗入液体中，因此可以在液面或泡沫下进行测量，同时可以在分离器中进行界位测量，以及在沸腾、扰动或起泡液体中，进行真实的界位测量。

图10 GWR在低反射的不稳定液体中测量

GWR变送器在精炼工业中的应用

油气分离罐及压缩机用油柜

对于油气生产分离罐和压缩机用油柜来说，GWR最大程度地减少了常规保养，并减少了由于液体密度变化所引起的误差。例如，由于密度变化，浮筒液位计在油气分离罐（高达1200磅/平方英寸/82bar，49℃）中的测量是不准确的。但带有高压探针的罗斯蒙特GWR在测量中的表现却很稳定。

油水分离容器

GWR可用在精炼分离容器内，进行油水界位测量，而不会受到油密度变化的影响。例如，美国中西部地区的精炼厂中，油源不同，所以油的密度经常在变化。而浮筒液位计受到密度变化的影响，导致很多油随废水处理一并排出。不仅为废水处理带来了压力，同时也浪费了很多可供出售的油。

图11 GWR在浮动扰动液态丙烷中的测量

罗斯蒙特GWR探杆直接安装在浮筒液位计容器里，用相同的法兰和2线制回路电缆。GWR以其简单的安装和超稳定的测量，给精炼厂的工程师留下了深刻印象。

它的另外一个优势就是简化了保养。浮筒液位计需要经常进行调节并清理沾在壁上、偶尔阻碍移动的粘性沉积物。而GWR的探杆装置，由于没有活动部件，保养就简化了很多。只需偶尔对探杆进行蒸汽清洁，缩短了检修期。

蒸馏塔

GWR同样可以运用在蒸馏塔中，对各种物位进行可靠测量。例如，捷克的一个化工工厂蒸馏塔需要进行可靠的物位测量，该蒸馏塔包含有甲醇、水和氨基液体。这个测量难度非常大，因为它的表面既有泡沫又有气泡。之前用很多仪器试验过，结果都是失败的，所以他们在使用新的仪器前需要检测。

图12a和12b 安装在低压给水罐和高压预热器罐内的GWR

配有同轴探针罗斯蒙特GWR可以屏蔽干扰，在机械方面避免泡沫干扰，最终成功通过了所有的测试，被安装在蒸馏塔中。在随后的七年里，GWR一直工作正常，并提供可靠精确的测量数据。

液化气体和氟里昂

GWR适合于液化气体、氟里昂等波动大且经常处于高压低温状态下的干净液体的测量。

例如，在烃加工和化工工厂中，液态丙烷经常用作制冷剂，其经常会遇到的难题就是监控缓冲槽中的液位以控制再循环进程并保证冷却器中丙烷的充足补给。但是一直以来，受液面扰动以及低电介常数液体中温度和密度变化的干扰，液位测量始终不可靠。

GWR为其提供了更可靠的测量，因为它不受液面扰动和密度变化的干扰。一个同轴探杆将测量集中在一个特定的区域，好比静水井一样，从而提高了表面的信噪比。

对艾默生公司罗斯蒙特GWR的初次实验是在美国的一个化工公司展开的。用1.5m（5ft）长的探杆通过法兰安装在容器罐一侧一个已有的过程连接件上。丙烷液位马上就被测量出来了。该GWR至今还在提供可靠的测量数据，至今已有3年了。

发电厂和工业设备的液位测量

很多发电厂和工业设备都需要液位测量，包括给水加热器、蒸汽分离器和除气器，这些设备经常使用浮筒液位计，而浮筒液位计会随着液体浓度变化而产生误差，同时保养也很麻烦。

GWR在这些领域均可以使用，因为它不会受密度变化的影响，安装简单以及能够在高度真空和高压高温环境下正常工作。对于较复杂的情况，建议使用高温/高压GWR，例如带艾默生动态蒸汽补给（DVC）的罗斯蒙特GWR，在一般情况下，则使用标准GWR。

结论

GWR在众多过程应用领域均证明了其显著优势，其对液面和界位的测量更加精确可靠，故障更少。它不受密度变化、温度及压力、冷凝蒸汽或探上附着液珠的影响，对扰动及沸腾滚动的液面进行可靠测量。它还提高了对液化气体等低反射产品的测量可靠性，可在复杂的笼内测量中提供可靠的数字物位和界位数据。

GWR可以使用现有的罐体，进行一对一替换，降低安装成本。它没有机械运动部件，对沉积物具有更强的抑制作用，并且无需再校准，大幅降低了维护成本。