江西3301HA1S1V5AM1200RANAC1导波雷达液位计

　　雷达物位计的工作原理与技术特点

　　雷达物位计采用微波脉冲或连续波技术进行非接触式测量，工作频率主要有6GHz、26GHz和80GHz三种。高频雷达（如80GHz）具有更窄的波束角（最小可达3°），适合狭窄空间或存在障碍物的工况。其测量原理基于时差法，通过计算微波从发射到接收的时间差确定物位高度，精度可达±1mm。不同于超声波物位计，雷达技术不受介质温度、压力变化影响，且能有效穿透蒸汽和粉尘干扰。现代产品通常配备自诊断功能，可实时监测天线污染情况，适用温度范围扩展至-200℃至+400℃。

　　物位测量的仪表在选型时，与压力或流量测量等仪表有很大不同。这是因为物位测量的现场情况千差万别，而生产商又很难设计出能满足工况应用的物位仪表。只有充分了解仪表特点及现场应用条件，才能正确选择所需要的产品，同时充分发挥仪表的测量性能。

　　雷达物位计的回波质量主要受以下因素影响:

　　1.传播介质的介电常数，该常数越稳定越有利于传播。雷达波是电磁波，电磁波在传播过程中不受传播介质稳定程度的影响，只与其介电常数有关。这是雷达技术与超声波技术的重大区别。

　　2.被测介质表面状况，表面越平整，其介电常数越大，则越有利于回波反射。

　　所以考虑现场情况时，应注意这两个方面:

　　1.天线到被测介质间空气介电常数的分布

　　2.被测介质的表面状态及其介电常数。

　　雷达物位计的优点是:不受空气波动影响，随距离衰减小，穿透力强。

　　雷达物位计的种类及应用:

　　雷达物位计目前已成为市场上的主流产品，主要分为脉冲雷达物位计和导波雷达物位计。低频脉冲雷达物位计尽管具有价格相对低廉的优点，但在主要应用领域中，属于逐渐被淘汰的产品。

　　与低频脉冲雷达物位计相比，高频脉冲雷达物位计在应用过程中有以下优点:

　　1.高频雷达物位计(主要指26GHz和24GHz)具有能量高，波束角小，天线尺寸小，精度高等优点。

　　2.26GHz雷达波长11mm，6GHz雷达波长50mm，雷达物位计在测量散装料位时，雷达波反射主要来自料面的漫反射，漫反射的强度与物料大小成正比，与波长成反比，而大部份散装料直径远远小于50mm，这就是目前26GHz雷达是测量散装料物位*选择的原因。

　　3.在一些直径小而高度并不是很高的小型罐的应用中，6GHz雷达天线长(300-400mm)无形中增大了盲区(大约600mm)，另外由于6GHz雷达方向性差(开角大)在小罐中会产生多径反射;而26GHz雷达频率高，天线短，方向性好，克服了6GHz雷达的缺点，适用于小罐测量。

　　4.由于现场环境恶劣，随着时间推移，雷达天线会堆积污物、水汽等，26GHz雷达天线小，附加天线罩可大大改善因污物、水汽造成的影响;6GHz雷达天线大，加天线罩很困难。且仪表较沉重，清理困难。

　　5.由于26GHz雷达方向性好，很多恶劣工况，可通过简单隔离，将雷达物位计装在容器外进行测量。

　　米科MIK-RD1000智能80GHz高频雷达物位计

　　米科MIK-RD908/909智能高频雷达水位计

　　米科MIK-RD901/902高频雷达液位计

　　米科MIK-RD903/904/905高频雷达料位计

　　米科MIK-RD902T/906高频雷达液位计

　　米科MIK-RD80系列智能低频雷达液位计

　　米科MIK-RD70系列智能导波雷达液位计

　　物位是液位、料位和界位的总称，对物位进行测量、显示和控制的仪表称为物位计。在物位检测中，有时需要对物位连续测量，有时仅需要测量物位是否达到上限、下限或某个特定的位置，这种定点测量物位的仪表称为物位开关。物位开关常用来监视、报警或输出控制信号。

　　液位

　　容器中液体介质的高低，测量液位的仪表叫液位计。

　　料位

　　容器中固体或颗粒状物质的堆积高度，测量料位的仪表叫料位计。

　　界位

　　两种密度不同液体介质或液体与固体的分界面的高低，测量界位的仪表叫界面计。

　　物位计分类

　　由于被测对象种类繁多，检测的条件和环境也有很大的差别，因而物位检测的方法有很多，也就有了不同工作原理的物位计，归纳起来物位计分裂如下:

　　1、直读式物位计

　　直读式物位计采用在设备容器侧壁开窗口或旁通管方式，直接显示物位的高度。这种方法简单也常见，方法、准确，但只能就地指示，主要用于液位检测和压力较低的场合。

　　2、静压式物位计

　　静压式物位计基于流体静力学原理，容器内的液面高度与液柱质量形成的静压力成比例关系，当被测介质密度不变时，通过测量参考点的压力可测量液位。基于这种方法的常见液位检测仪表有投入式液位计、吹气式液位和单法兰液位变送器和双法兰液位变送器等。

　　3、浮力式物位计

　　浮力式物位计基于阿基米德定理，漂浮于液面上的浮子或浸没在液体中的浮筒，在液位发生变化时其浮力发生相应的变化。这类液位检测仪表常见的有浮球液位计、浮筒液位计和磁翻板液位计等。

　　4、机械接触式物位计

　　机械接触式物位计通过测量物位探头与物料面接触时的机械力实现物位的测量。主要有重锤料位计、音叉式和旋翼式等。

　　5、电气式物位计

　　电气式物位计将电气式物位敏感元件置于被测介质中，当物位发生变化时，其电气参数如电阻、电容、磁场等会发生相应的改变，通过检测这些参数就可以测量物位。这种方法既可以测量液位也可以测量料位。主要有电阻式液位计、电容式液位计和磁致收缩式等物位检测仪表。

　　6、声学式物位计

　　声学式物位计利用超声波在介质中的传播速度以及在不同相界面之间的发射特性来检测物位的大小。可以测量液位和料位。比较常见的有雷达物位计、射频导纳物位开关、导波雷达物位计和超声波液位计。

　　7、射线式物位计

　　放射线同位素所发出的射线(如γ射线)穿过被测介质时因被介质吸收其强度衰减，通过检测放射线强度的变化达到测量物位的目的。核子料位计可以实现物位的非接触式测量。

　　8、光纤式物位计

　　光纤式物位计基于物位对光波的折射和反射原理进行物位测量。比较常见的是光纤液位计。

　　以上这些类型物位仪表中昌晖仪表生产以下几种

　　投入式液位变送器          双法兰液位计           单法兰液位计           雷达物位计

　　超声波液位计              导波雷达物位计          油位变送器            吹气式液位计

　　雷达物位计SITRANS LR250是2线制，25GHz脉冲雷达液位变送器，连续测量储罐和过程罐中的液体和浆液，适应高温和高压，量程20m，包含一个图形化的就地用户界面(LUI),通过启动向导和用于诊断的回波图显示设置和操作的便捷.使用启动向导只需要设置几个参数就可以满足基本的应用需要。

　　雷达物位计25GHz频率产生了窄的,聚焦的波束允许使用更小的喇叭,并且对于容器内的障碍物不敏感， 的设计允许使用和方便的本质手操器对仪表进行编辑,而不需要打开仪表盖，可以测量介电常数低的物质,并且可以安装在狭窄的或小体积的容器内。

　　雷达物位计主要应用:液体储罐,带搅拌的过程容器,容易产生蒸汽的液体,高温,低介电常数物质.图形化就地用户界面(LUI)使得操作简单易懂,使用启动向导实现了既插既用的设置.LUI显示回波图供诊断用。

　　雷达物位计的特点:

　　25GHz高频允许使用小的喇叭安装在小安装管上

　　对于安装位置和罐内障碍物不敏感,对于安装管干扰也有很大的抗干扰能力

　　小盲区,盲区距离喇叭末端50mm.

　　使用HART或PROFIBUS PA通讯

　　现场智能信号处理改善测量稳定性,自动虚假回波抑制功能消除固定干扰物.

　　使用红外线本安手操器或SIMATIC PDM编程

　　好的，我们来详细解释一下雷达物位计的工作原理，并尝试用文字描述其原理图解。

　　雷达物位计的核心工作原理是利用电磁波（通常为微波） 发射到被测物料表面并接收其回波，通过测量电磁波往返传播所需的时间来计算物料表面到天线（参考点）的距离，进而确定料位高度。

　　基本公式简单:

　　:光在空气中的速度 (约 3 * 10⁸ m/s)

　　:电磁波从天线发出到接收反射回波之间的时间差

　　:天线到物料表面的直线距离

　　:天线到罐底或零点（参考基准）的已知距离

　　:物料的实际高度 (料位)

　　信号发射: 变送器中的高频电子电路产生特定频率（如 6GHz, 26GHz, 80GHz K波段）的微波脉冲信号或连续波调频信号。

　　信号传播: 此微波信号通过天线（如喇叭天线、杆式天线、抛物面天线或导波缆/杆）向被测介质（液体、浆料、固体颗粒）的表面辐射发射出去。

　　信号反射: 当电磁波遇到介电常数（ε）明显不同于空气（或罐内气体）的物料表面时，根据物理学的反射定律，一部分能量会被反射回来。

　　介电常数越高（如导电液体、水溶液等），反射越强，信号越好。

　　介电常数越低（如干燥粉粒、泡沫、水蒸气），反射越弱，信号越差（需要更高频率或技术）。

　　信号接收: 同一个（或特定接收）天线接收到被物料表面反射回来的微弱回波信号。

　　信号处理: 这是关键的一步，电子处理单元将接收到的回波信号与发射信号进行比较和分析:

　　识别有效回波: 从接收到的信号（可能包括罐壁反射、内部结构反射、噪声等）中准确识别出物料表面的有效回波信号。

　　测量时间差 (Δt): 测量微波信号从发射到接收到有效回波所经过的时间 。

　　距离计算: 利用光速  和测得的 ，根据公式  计算出天线到物料表面的距离 。

　　物位计算: 结合预先设定或已知的罐体参考基准距离（从安装法兰/天线基准点到罐底或零点的距离 ），计算出物料的实际高度 。

　　输出信号: 将计算出的物位高度  转换成标准的工业控制信号（如 4-20 mA）或数字通信信号（如 HART, Profibus PA, Foundation Fieldbus），传输给显示仪表、控制系统或上位机。

　　想象一个侧面剖开的立式罐:

　　顶部: 罐顶安装着雷达物位计变送器头，它包含了发射器、接收器和信号处理器。

　　天线: 变送器下方连接着一个喇叭形天线（常见，用于非接触式），垂直向下延伸进入罐体空间。或者是从变送器延伸下来的一根导波缆或导波杆（用于导波雷达）。

　　罐体: 罐壁标有高度刻度。

　　罐底: 罐底标为参考点（零点）。

　　信号传输（非接触式）:

　　从喇叭天线口向下发射出圆锥状的微波束（实线箭头）。

　　箭头尖端抵达物料表面（液体或固体）。

　　在物料表面处，一个向后的箭头代表回波反射，沿原路径返回喇叭天线。

　　在喇叭天线口和物料表面之间，清晰地标注出距离 。

　　在喇叭天线法兰（安装基准点）到罐底之间，清晰地标注出参考高度 。

　　物料表面到罐底的距离即为物位高度 。

　　信号传输（导波雷达）:

　　如果使用导波雷达，则用实线表示导波缆/杆从变送器垂直伸入罐内，直达罐底附近。

　　微波信号沿着导波缆/杆表面向下传播（实线箭头沿杆）。

　　箭头在物料表面处标示。

　　在物料表面处，一个向后的箭头沿导波缆/杆向上，代表回波反射。

　　同样标出 , , 。区别是电磁波被约束在导波元件附近传播。

　　雷达物位计主要有两种实现ToF测量的技术:

　　脉冲式雷达:

　　发射固定频率的短脉冲微波信号。

　　直接测量发射脉冲与接收脉冲峰值之间的时间差 。

　　原理相对简单，成本较低。

　　需要强的回波以便检测峰值，在低介电常数或表面不稳定（波动/泡沫）时可能受限。

　　调频连续波雷达:

　　发射频率间线性变化（通常向上扫频）的连续微波信号。

　　在接收端，将当前发射的频率与被物料表面反射回来的频率（此信号在时间上有延迟，所以对应的是之前发射的较低频率）进行混频（差频）。

　　得到一个频率较低的差频信号（中频信号IF）。

　　这个中频信号的频率  与物料距离  成正比 ()。

　　测量中频频率 ，可以更地计算出距离 。

　　接收的是连续波能量，信噪比更高，抗干扰能力强，测量精度通常更高（尤其在近距离或复杂工况下），适用于低介电常数介质和存在泡沫的场合。但技术更复杂，成本通常更高。

　　非接触测量: 大多数（非导波）雷达不接触介质，适用于腐蚀性、粘稠、高压、高温等复杂工况。不受介质密度、压力、温度（本身）、气体组分（普通气体）影响。