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液位计导波雷达:原理、应用与优势
液位计导波雷达是一种的测量设备，它利用微波雷达技术来检测和测量液体的水平或垂直位置。这种设备的出现，为工业生产、环境保护等领域带来了大的便利。本文将详细介绍液位计导波雷达的工作原理、应用领域以及其优势。
一、液位计导波雷达的工作原理
液位计导波雷达的工作原理主要基于微波雷达技术。微波雷达是一种利用微波信号进行距离测量的设备，其工作原理是发射微波信号，通过接收反射回来的信号，计算出目标物体的距离。
在液位计导波雷达中，微波信号被发射到被测液体中，然后通过液体的表面反射回来。这些反射回来的信号被雷达接收器接收，并通过计算反射时间和微波的传播速度，可以地计算出液体的位置。
二、液位计导波雷达的应用领域
液位计导波雷达由于其高精度和性，被广泛应用于各种需要测量液体位置的场合。
1. 工业领域:在化工、石油、食品等行业中，液位计导波雷达被广泛用于储罐、管道等设备的液位测量，以确保生产过程的和效率。
2. 领域:在污水处理、海洋监测等领域，液位计导波雷达可以帮助我们准确地了解水体的深度和质量，从而地保护环境。
3. 农业领域:在农田灌溉、水库管理等方面，液位计导波雷达可以帮助我们准确地控制水位，从而提高水资源的利用效率。
三、液位计导波雷达的优势
1. 高精度:液位计导波雷达可以地测量液体的位置，其精度可以达到毫米级别，远高于传统的液位测量方法。
2. 非接触测量:液位计导波雷达可以在不接触液体的情况下进行测量，避免了传统测量方法可能带来的污染或损坏问题。
3. 抗干扰能力强:由于微波信号的性，液位计导波雷达对环境的干扰能力强，可以在各种复杂环境下稳定工作。
4. 维护简单:液位计导波雷达的结构相对简单，维护成本较低，可以大大降低使用和维护的难度。
总结，液位计导波雷达是一种、准确、的测量设备，它的出现大地推动了各个领域的发展。随着科技的进步，我们相信液位计导波雷达的应用将会更加广泛，为我们的生活带来更多的便利。
MAGNETrol/麦格纳丘液位开关T31-002N-BOB
额定压力为720 psi
处理温度为--40F~160F
成本有效的复合法兰设计选项
NACE和/或ASME B31.3建设
比重低至0.40
MAGNETROL公司介绍:
美国Magnetrol自从1932年专利设计并开始销售代物位控制仪表以来，Magnetrol的名字就一直代表了的质量和不断的。
今天，Magnetrol的产品服务于100多个国家的工业控制领域。无论在石化、化工、炼油、陆上平台、海上平台、热电厂、核电厂，还是在造纸、医、食品、饮料及水处理行业，均可看到Magnetrol的产品。
凭借多样化的物位/流量测量技术，Magnetrol在物位/流量仪表市场上有着不可替代的领先。
为了的为中国用户服务，MAGNETROL在1999年走出了坚实的一步:在中国的上海设立了办事处。MAGNETROL希望以此为中国的发展做出贡献。
MAGNETROL RF电容式液位变送器/液位开关主要型号:
Kotron 82 CE 经济型变送器
Kotron 805 回路供源智能型变送器
Kotron 811 单点式开关
Kotron 804 全能型变送器
MAGNETROL RF电容式液位变送器/液位开关应用:
清洁或脏的液体，粘稠的浆料高温和高压的流体
MAGNETROL RF电容式液位变送器/液位开关相关产品:
MAGNETROL热式气体质量流量计
MAGNETROL热扩散式流量/界面&液位开关
MAGNETROL脉冲串雷达液位变送器
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MAGNETROL超声波接触式液位开关
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为电力、石化、制、钢铁和轻工等行业提供了优秀的产品，已经了客户的广泛和大力支持。
经济性分析与选型建议
80GHz雷达价格是26GHz的1.5-2倍，但在低ε介质中可减少50%无效采购。某电厂案例显示，替换差压变送器后年维护成本从3万降至5000元。四线制分体设计节省电缆，300米传输仅需0.5mm²线径。无线版本免除布线，但需5年更换电池（典型功耗18mW）。行业数据显示投资回报期平均1.8年，主要来自减少的停机损失。
导波雷达液位计是接触式物位测量，采用时域反射技术（TDR）电子单元发射微波脉冲沿着导波杆（缆）传播，当接触被测介质时，产生反射信号由电子部件接收，计算发射到接收的间隔时间，转换为被测介质的距离。导波雷达液位计测量原理如图1所示。通过测量发射脉冲与反射脉冲的时间差，并通过以下公式即可计算出被测物质到仪表法兰的距离:2D=Ct （1）
式中:C为光速；T为发射脉冲与反射脉冲时间差；D为空间距离。
根据设定的满罐和空罐位置，通过以下公式即可计算出物料高度并输出4~20mA电流:
物料高度:L=E-D （2）
输出电流:Io=4+L×16/E （3）
式中:L为物料高度；E为量程。
导波雷达液位计适合测量液/液界面，如油水界面，油与水、油与酸、低介电的有机溶剂（甲苯、苯、环己烷、己烷、松节油和二甲苯）和水或酸。测量液/液界面应注意以下几点:
（1）介电常数较低的介质位于上部。
（2）两种液体的介电差异不低于10。
（3）上层介质的介电常数是已知的，该参数可在现场确定。
（4）上层介质的大厚度取决于其介电常数。
（5）上层介电常数下限＜3，下层介电常数上限＞20。
（6）可同时进行液位测量和界面测量。
导波雷达液位计可用在几何尺寸小的容器，也可用在旁通管和各种尺寸的储罐，适用于测量多种粉尘和谷物等。导波雷达液位计测量特性:
（1）无可活动机械部件，维护成本低。
（2）安装方便，支持罐顶安装或旁路管顶部安装。
（3）适用于液面、界面和粉末状或小颗粒状固料的物位测量。
（4）不受介质密度和pH值等物理参数变化的影响且无需进行补偿。
（5）适用于高温、低温、蒸汽和高压场合。
导波雷达液位计使用过程中微波沿导波管向下传导，尽量避免导波杆周围出现金属干扰或物料堆积的情况发生。导波雷达有的诊断功能，具有检测导波杆聚积物的能力。导波雷达液位计的结构由3个部件组成，即雷达变送器、过程密封件和导波杆。过程密封件和导波杆使得低能脉冲微波以光速沿其向下发送，在导波杆与物位（气/物、气/液或液/液界面）的交点通过导波杆被反射回雷达变送器。雷达变送器接收导波杆的测量信号，然后对这些信号进行处理并提供稳定的输出信号。
嘉可仪表JK系列雷达液位计种类，主要有缆绳式导波雷达液位计、杆式导波雷达液位计、喇叭口天线型雷达液位计、防腐四氟型雷达液位计、水滴型天线雷达液位计、卫生型平板雷达液位计、PFA桶天线雷达液位计、水利雷达液位计、高温型雷达液位计、高频雷达液位计、调频波FMCW型雷达液位计等。
德国E+H导波雷达液位计FMP52
FMP51 带涂层的探杆，适用于腐蚀性的介质的液位测量
应用
• FMP51 - Premium 仪表，用于液位测量和界面测量
• FMP52 - Premium 仪表，带涂层探头，用于腐蚀性液体的测量。接液部件采用
认和 USP Cl. VI 认材料
• FMP54 - Premium 仪表，主要用于高温和高压应用场合中的液体测量
• 较大量程:45 m (148 ft)
•
过程连接:3/4"螺纹，或法兰
•
温度范围:–196…+450 °C (–321…+842 °F)
•
压力范围:–1…400 bar (–14.5~5 800 psi)
•
提供下列系统集成接口:
– 4...20 mA HART (模拟量信号)
– PROFIBUS PA (Profile 3.02)
–
基金会现场总线(FF)
•
可以进行限位监控(低限(MIN)、高限(MAX)、量程范围内)，具有 SIL 2 (单台仪
表测量)或 SIL 3 (同构冗余测量)等级，
通过 TÜV 认，符合 IEC 61508 标
准
优势
•
测量:
–
存在波动液面和泡沫液面时
–
介质类型改变时
–
存在粉尘的应用场合中(仅适用于 FMP54)
•
适用范围广
•
内置数据储存单元
•
工厂预标定探头长度
•
全中文显示的直观菜单引导式操作方法
•
便捷地集成至控制系统或资产管理系统中
• 准确的仪表诊断和过程诊断，有助于发现问题
•
防爆认:ATEX、IEC Ex、CSA、FM、NEPSI
压力设备指令(PED) (仅适用于 FMP54)
3A 认(仅适用于 FMP52)
物位，流量，压力，水分析测量测控:德国E+H，德国VEGA，北京瑞普三元压力传感器， 美国EMA流量传感器， 公众平台:西安宏略贸易有限公司。 水分析:CPM223，CPM253，CM442，CPS11，CPS11D等；物位计:FMR10, FMU30. FMU40等；压力变送器:P31 PMP11，PMC11,PMC131 等现货。
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导波雷达液位计既可用在几何尺寸狭小的容器中，也可用在旁通管和各种尺寸的储罐中，适合卧罐和其他小型。也是安装空间有限的地下储罐的理想选择。
计采用时域反射原理（TDR）进行测量。其工作原理是:电子单元发射低功率、纳秒级电磁波脉冲，通过浸入工艺介质的导波杆（缆）传输，当接触被测时，产生反射信号，由电子部件接收，根据行程时间原理计算发射到接收的间隔时间，转换为被测介质的距离。简单来说，导波雷达液位计的工作方式就是发射—反射—接收，测量原理如图１所示。
导波雷达液位计过程连接形式灵活，工程中普遍采用法兰或螺纹安装在设备顶部，且导波杆（缆）垂直位于储罐中，也可以安装在设备旁通管内。变送器可沿水平方向360°旋转，便于电缆线连接和查看表头显示。根据介质特点，选择合理的安装位置，避免影响测量效果。
对于硬杆类导波雷达液位计，导波杆垂直插入液体介质，稳定导波杆，如果导波杆在工作期间受介质波动，可能发生移动，范围在0.3ｍ 内，可将导波杆固定。导波杆与容器底部需有间隙，间隙至少为５ｍｍ。导波杆不得接触设备管嘴，需有的安装空间即可。而对于软缆类导波雷达液位计，导波缆杆接触介质，稳定导波缆将其引向容器底部，使用重锤或弓形夹方式固定。若金属容器壁光滑，导波雷达与设备内壁之间的水平距离小间隙为100ｍｍ，若是容器存在干扰物其小间隙则更大，以制造商资料为准。
摘 要: 液位测量是核电站自动控制系统中的重要组成部分。导波雷达液位计基于电磁波时域反射( TDＲ) 原理，具有受环境影响小、测量精度高等特点。导波雷达液位计作为一种新型的液位测量手段，已经在核电领域有了广泛的应用，但是在其应用过程中也遇到了一定的问题。针对福清核电汽水分离再热系统疏水箱液位计频繁出现的支撑件破碎、密封失效以及蒸汽补偿漂移等问题，进行了原因分析并给出了解决措施。通过对导波雷达液位计的改造，使得导波雷达液位计在核电高温蒸汽系统中得到了应用，提高了汽水分离再热疏水液位测量的性，保障了机组运行。该研究对推动导波雷达液位计在蒸汽系统中应用提供有力支持，对导波雷达这种新型液位计未来在更多测量环境中的应用起到了积作用。wfP压力变送器_差压变送器_液位变送器_温度变送器
引言
导波雷达液位计作为一种新兴的液位测量仪表，克服了传统仪表的不足，在核电厂的应用逐渐增多。但导波雷达液位计在高温高压蒸汽系统使用时，还存在一些不足，导致系统液位测量失真［1］。汽水分离再热系统是核电厂汽轮机的重要辅助系统，主要应用于汽轮机运行期间，通过控制进入二级再
热管束的蒸汽量，对高压缸排气进行和再热，使进入低压缸的蒸汽有一定的过热度。其应用改善了汽轮机低压缸的工作条件，提高了汽轮机的相对内效率，减少了湿蒸汽对汽轮机零部件的刷蚀。在福清 1 ～ 4 号机组调试及运行期间，汽水分离再热系统二级疏水箱液位计多次出现故障，如液位计探杆泄漏、测量失效等。针对二级疏水箱液位计问题，采用新型测量方案，对汽水分析再热系统二级疏水液位测量作优化改进。
1 导波雷达物位计测量原理及特点
( 1) 导波雷达液位计的工作原理。
导波雷达液位计基于电磁波时域反射原理［2］，由电磁波发生器发射一个电磁脉冲信号发射到导波体上，以导波体作为信号的传输载体。当遇到被测介质表面时，部分信号被反射形成回波并沿相同路径返回脉冲发射装置。发射装置与被测介质表面的距离同脉冲在其间的传播时间成正比，测量发射与反射脉冲［3］。导波雷达液位计测量原理如图 1 所示。
导波雷达液位计测量原理图
( 2) 导波雷达液位计的测量特点。
①电磁波信号沿导波杆传输可消除假回波信号，减少信号丢失。
②整个测量装置无活动部件，无机械磨损。
③安装调试方便。
④不受介质 密度变 化 的 影 响 ( 但 是 需 要 单 一 介质) 。
⑤使用与高温、高压的物位测量。
2 现有设计缺陷导致测量不稳定的原因分析
核电厂二回路液位控制是核电厂重要的控制系统之一，其测量环境需考虑真空、高温、泡沫等多方面因素。传统液位仪表因其固有原理，无法通过自身技术的改进来消除误差。故本文采用了导波雷达液位计［4］。但在机组运行过程中，汽水分离再热系统原有导波雷达液位计导波杆的支撑件会破碎，支撑件碎片会进入到二回路系统中，形成异物，危及机组［5］。同时，导波杆内支撑件破碎后，因振动、冲击等因素会导致导波杆触碰到水位测量筒，使液位测量产生跳变，存在汽水分离再热系统二级隔离风险。受制于现场使用条件，汽水分离再热器二级疏水箱内充满饱和蒸汽。蒸汽是性气体，即蒸汽的介电常数会根据环境的压力、温度而改变。介电常数的变化会影响电磁波的传播速度。波速度公式为&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
由式( 1) 可见，当介质的介电常数变化，则波速度会随之变化。由于电磁波在不同介质中的传输速度不同，比如在空气中的传输速度比在蒸汽中传输速度大，因此 汽 水 分 离 再 热 系 统 ( gas-liquid seperate system，GSS) 二级疏水箱液位计选用的都是蒸汽型导波雷达液位计［7］。
经统计，在功率运行期间，汽水分离再热系统二级液位计共计出现缺陷 91 项。其中，导波雷达液位计漏汽缺陷共计 38 项，二级疏水箱液位计偏差大共计 46项，因仪表故障导致通道测量不可用共计 7 项。
根据现场液位计缺陷情况来看，目前汽水分离再热系统二级液位计主要存在以下故障。
①液位计探杆支撑杆破碎。经分析，原汽水分离再热系统二级液位计所用的高温型导波雷达液位计，其探杆支撑件采用聚醚醚酮( PEEK) ［8］高分子合成材料。在运行过程中，该支撑件会逐渐脆化，在系统冲击工况下破裂。处理方式: 在测量系统改进前，机组只能通过每次大修期间，对探杆进行定期更换。
②液位计探杆密封失效。液位计探杆内部密封件采用 PEEK 材料进行隔热，靠近连接部位采用 2 个 O型圈进行密封。O 型圈耐温范围为 150 ℃ 。因汽水分离再热系统二级疏水箱内部温度达 280 ℃ ，探杆隔热材料失效，进而使 O 型圈失效，探杆密封泄漏，测量闪发质量位。处理方式: 目前出现探杆密封失效后，无法进行更换。
③液位计冷热态工况，液位测量出现偏差。液位计大修冷态调试时，3 支液位计偏差小于 20 mm。但汽轮机冲转并网后，因系统温度上升，3 支液位计偏差会达到 100 mm。在机组运行时间长后，液位计偏差也会逐渐增加，导致偏差超过 100 mm。处理方式: 目前只能在热态后，对偏差大液位计进行修正。机组功率运行后，每周定期巡检方式，检查液位计偏差，并及时进行修正。
3 改进方案
3． 1 导波雷达液位计支撑件改进
原汽水分离再热系统二级导波雷达液位计采用PEEK 支撑件，同时也作为探杆隔热材料。PEEK 是芳香族结晶型热塑性高分子材料。PEEK 玻璃化转变温度为 143 ℃ ，其熔点为 334 ℃ 。这种材料耐抗有机和水环境，具有优良的化学性、热稳定性和抗氧化性。目前，应用汽水分离再热系统二级疏水箱实际运行温度为 280 ℃ ，仪表的设计温度为350 ℃ ，而 PEEK 物理特性耐温只有 250 ℃ ，因此运行时间过长会产生变形或碎裂。
为应对导波雷达液位计支撑件破碎及密封失效情况，此次支撑件设计采用 99． 7% 纯度的 Al2 O3 陶瓷材料［8］。该材料具有硬度大、耐磨性能好、质量轻等特点。其熔点在 2 000 ℃ 以上，具有良好的导热性、缘性以及透光性，介电常数为 9． 0 左右，适用于高温蒸汽型导波雷达液位计测量原理。Al2 O3 陶瓷的物理和力学特性如表 1 所示。
改进后探杆内部结构精密。蒸汽部分主元件采用氧化铝陶瓷，不会因为温度增高而变形、渗漏。密封元件采用耐高温的石墨密封 Graphite，是目前仪表产品在高温蒸汽方面的理想材料。其物理性能远远优于以前使用的 PF128、PEEK、铝矾土等材质，十分稳定。该结构整体密封结合紧密，可杜蒸汽进入。
3． 2 导波雷达液位计高温补偿改进
原汽水分离再热系统二级导波雷达液位计采用点补偿方式，补偿点到电磁波发射口距离为 125 mm。如果测量点以上或者测量点位置有凝露或者误差，会放大传导到下方实际液位测量。为了地说明上述结论，定义系数 K。
RJ-RD901雷达物位计便宜的
导波雷达液位计是接触式物位测量，采用时域反射技术（TDR）电子单元发射微波脉冲沿着导波杆（缆）传播，当接触被测介质时，产生反射信号由电子部件接收，计算发射到接收的间隔时间，转换为被测介质的距离。导波雷达液位计测量原理如图1所示。通过测量发射脉冲与反射脉冲的时间差，并通过以下公式即可计算出被测物质到仪表法兰的距离:2D=Ct （1）
式中:C为光速；T为发射脉冲与反射脉冲时间差；D为空间距离。
根据设定的满罐和空罐位置，通过以下公式即可计算出物料高度并输出4~20mA电流:
物料高度:L=E-D（2）
输出电流:Io=4+L×16/E （3）
式中:L为物料高度；E为量程。
导波雷达液位计适合测量液/液界面，如油水界面，油与水、油与酸、低介电的有机溶剂（甲苯、苯、环己烷、己烷、松节油和二甲苯）和水或酸。测量液/液界面应注意以下几点:
（1）介电常数较低的介质位于上部。
（2）两种液体的介电差异不低于10。
（3）上层介质的介电常数是已知的，该参数可在现场确定。
（4）上层介质的大厚度取决于其介电常数。
（5）上层介电常数下限＜3，下层介电常数上限＞20。
（6）可同时进行液位测量和界面测量。
导波雷达液位计可用在几何尺寸小的容器，也可用在旁通管和各种尺寸的储罐，适用于测量多种粉尘和谷物等。导波雷达液位计测量特性:
（1）无可活动机械部件，维护成本低。
（2）安装方便，支持罐顶安装或旁路管顶部安装。
（3）适用于液面、界面和粉末状或小颗粒状固料的物位测量。
（4）不受介质密度和pH值等物理参数变化的影响且无需进行补偿。
（5）适用于高温、低温、蒸汽和高压场合。
导波雷达液位计使用过程中微波沿导波管向下传导，尽量避免导波杆周围出现金属干扰或物料堆积的情况发生。导波雷达有的诊断功能，具有检测导波杆聚积物的能力。导波雷达液位计的结构由3个部件组成，即雷达变送器、过程密封件和导波杆。过程密封件和导波杆使得低能脉冲微波以光速沿其向下发送，在导波杆与物位（气/物、气/液或液/液界面）的交点通过导波杆被反射回雷达变送器。雷达变送器接收导波杆的测量信号，然后对这些信号进行处理并提供稳定的输出信号。
嘉可仪表JK系列雷达液位计种类，主要有缆绳式导波雷达液位计、杆式导波雷达液位计、喇叭口天线型雷达液位计、防腐四氟型雷达液位计、水滴型天线雷达液位计、卫生型平板雷达液位计、PFA桶天线雷达液位计、水利雷达液位计、高温型雷达液位计、高频雷达液位计、调频波FMCW型雷达液位计等。
智能雷达水位计基于时间测量的电磁波测距技术。传感器发射电磁波照射水面并接收其回波，由此获得水面至电磁波发射点的距离、距离变化率（径向速度）、方位、高度等信息。
智能雷达水位计，是工业测距雷达在水位测量领域的应用，实现了水位计向高精度（毫米级），大量程(35米)，高，安装简便，免维护的技术跨越。
智能雷达水位计通过标准信号接口，与计算机、PLC等连接，也可以与相应的显示、记录、控制装置（如RTU）连接，构成水位监测系统。