西藏MATLD-800雷达液位计

　　雷达物位计是物位仪表一种常用产品类型，具有测量、性能稳定、性高、维护简便、适用范围广等优点。可安装于各种金属、非金属容器或管道内，对液体、浆料及颗粒料的物位进行测量，适用于粉尘、温度、压力变化大、有惰性气体及蒸汽存在的场合。那么，雷达物位计的种类和应用具体有哪些呢？

　　一、产品分类

　　按工作方式划分，雷达物位计可分为接触式雷达物位计和非接触式雷达物位计，具体如下:

　　1．非接触式（射空雷达） 雷达物位计

　　非接触式雷达物位计常用喇叭或杆式天线来发射与接收微波，仪表安装在料仓顶部，不与被测介质接触，微波在料仓上部空间传播与返回。

　　非接触式雷达物位计，按照微波的波形又可分为脉冲雷达物位计和调频连续波雷达物位计。

　　2．接触式雷达物位计

　　接触式雷达物位计一般采用金属波导体（杆或钢缆）来传导微波，仪表从仓顶安装，导波直达仓底，发射的微波沿波导体外部向下传播，在到达物料面时被反射，沿波导体返回发射器被接收。

　　这种可以通过导波线或导波杆直接接触所测物料来测量的接触式雷达物位计，主要是导波雷达物位计，根据其采用的金属波导体不同，又可进一步细分为:缆式（单/双）、杆式（单/双）和同轴导波雷达物位计。

　　相比接触式雷达物位计，非接触式雷达物位计具有安装简单、维护量少、使用方式灵活、不受仓内粉尘、温度等因素的影响等优点，是近年来发展快的一种测量仪器。

　　二、技术原理

　　1．脉冲雷达物位计

　　脉冲雷达物位计将发射微波脉冲，以光速（在空气中）传播，碰到被测介质表面（介电常数大于传播介质的介电常数），部分微波被反射回来（反射量取决于料面平整度/介电常数大小），被同一天线接收，介质的反射量（率）越大，信号就越强，越好测量；反射量（率）越小，信号就越弱，越容易受干扰。准确的识别发射脉冲与接收脉冲的时间间隔△t，从而进一步计算出天线到被测介质表面的距离D。

　　脉冲雷达原理图

　　2．调频连续波雷达物位计

　　FMCW雷达用24GHZ作为测量基频（载频），2GHZ为调节频宽, 整个扫描时间为7ms，完成一次线性扫描，信号发射后，经过一定的时间延迟后，接受到回波信号。在线性扫频中产生的时间差，将正比例液位距离，由于有许多反射波，将的回波时间进行傅立叶（FFT）变换，将时间信号转换成有一定能量的频谱，视频谱比较高和比较陡的信号为有用信号。

　　调频连续波雷达物位计原理图

　　3．导波雷达物位计

　　导波雷达发出高频微波脉冲沿着探测组件（钢索或者钢管）传播，当遇到被测介质时，由于介电常数突变，引起发射，一部分脉冲能量被发射回来。发射脉冲与反射回来的脉冲的时间间隔与被测介质的距离成正比。

　　三、应用区别

　　雷达物位计的应用范围很广泛，涵盖了电力、钢铁、冶金、水泥、石油化工、造纸、食品等领域，但是应用不同原理的雷达物位计，其解决的应用工况也各有不同。

　　脉冲雷达物位计一般可以用于大部分应用场合，主要针对圆柱形、35米以内罐体介质的液位测量；但对于球形罐或者带有搅拌功能的液体储罐，就需要使用导波雷达物位计进行测量；而针对大量程、粉尘较大的容器或储罐，就使用能量大、抗干扰能力强的调频连续波雷达物位计。

　　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。

　　HRRD-ZB系列雷达液位计，雷达水位计，高温高频雷达液位计主要用于水利水文河道监测，产品采用一体化设计,无可动部件,不存在机械磨损,使用寿命长。设备采用直板法兰设计，波束角小，能量集中，具有更强抗干扰能力，大大提高了测量精度和性，几乎不受大气中水蒸气、温度和压力的影响，法兰尺寸可根据客户要求定制。

　　高温高频雷达液位计利用调频连续波雷达（FMCW）测量距离到频率的方法，主要利用相位差原理来传输不同频率的微波信号。由于液位位置不同，返回信号的频率也不同，与原始传输频率不同。根据频率的相位差，确定介质表面的位置。基于此原理设计的雷达物位计具有工作稳定、测量精度高、测量范围广等优点。自动虚假回波学与抑制，滤除虚假干扰，提高测量精度及适应性；现场可通过按键或红外遥控器进行参数设置，也可通过蓝牙配合APP进行参数设置，具有4-20mA电流输出、RS485数字接口、吹扫控制及开关量，通过RS485接口亦可远程进行参数设置、数据查询及回波曲线调取等。

　　高频雷达液位计应用范围广泛，适用于酸碱储罐、浆料储罐、固体颗粒、小型储油罐等各种容器中测量。可对各类导电、非导电介质、腐蚀性介质进行检测。测量精度高、耐高温、高压、不会因结垢和冷凝物的影响测量，耐腐蚀性强、可在真空环境中使用。

　　智能诊断与维护技术进展

　　新一代雷达物位计集成AI诊断系统，能自动识别天线结垢（通过回波曲线分析）、电子元件老化（基于温度漂移监测）等故障。预测性维护功能可提前30天预警潜在失效，维护周期从6个月延长至3年。蓝牙近场通信技术允许不拆装校验，HART协议支持远程参数调整。某炼油厂应用案例显示，智能诊断使故障停机时间减少75%，标定工作量下降60%。特殊设计的自清洁天线（如旋转刮片式）可将粉尘影响降低90%，显著提升重污染环境下的可靠性。

　　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。

　　抗干扰能力强: 电磁波穿透力强，能穿透泡沫、蒸汽和粉尘（粉尘过多时高频雷达效果）。

　　测量范围广: 从几米到上百米（导波雷达通常短距离更）。