RTRD52T雷达液位计生产

　　防爆安全认证与防护等级

　　化工领域需满足ATEX/IECEx防爆认证，隔爆型（Ex d）外壳可承受内部1.5MPa爆炸压力。本安型（Ex ia）设计将回路能量限制在1.2W以下，适用于Zone 0区。传感器整体防护等级达IP68，可短时浸入10米水深。某海上平台应用案例显示，通过SIL3认证的冗余传感器系统，平均无故障时间（MTBF）超过15年。最新光纤传感技术彻底消除电火花风险，已应用于氢气储罐监测。

　　法兰连接导波雷达液位计 雷达料位计产品概述:

　　导波雷达液位计运用的雷达测量技术，以其优良的性能，尤其是在槽罐中有搅拌、温度高、蒸汽大、介质腐蚀性强、易结疤等恶劣的测量条件下，显示出其的性能，在工业生产中发挥着越来越重要的作用。

　　导波雷达液位计利用了电磁波的性能来进行料位检测。电磁波的物理特性与可见光相似，传播速度相当于光速。其频率为300MHz-3000GHz。电磁波可以穿透空间蒸汽、粉尘等干扰源，遇到障碍物易于被反射，被测介质导电性越好或介电常数越大，回波信号的反射效果越好。雷达波的频率越高，发射角越小，单位面积上能量（磁通量或场强）越大，波的衰减越小，导波雷达液位计的测量效果越好。

　　１.导波雷达液位计的基本原理:

　　导波雷达液位计组成:它主要由发射和接收装置、信号处理器、天线、操作面板、显示、故障报警等几部分组成。

　　发射－反射－接收是导波雷达液位计工作的基本原理。雷达传感器的天线以波束的形式发射小5.8GHz的雷达信号。反射回来的信号仍由天线接收，雷达脉冲信号从发射到接收的运行时间与传感器到介质表面的距离以及物位成比例。

　　２.导波雷达液位计测量料位的技术:

　　(１)回波处理新技术的应用:

　　从导波雷达液位计的测量原理可以知道，在反射信号中混合有许多干扰信号，所以，对真实回波的处理和对各种虚假回波的识别技术就成为导波雷达料位计能够准确测量的关键因素。导波雷达液位计是通过处理雷达波从探头发射到介质表面然后返回到探头的时间来测量料位的

　　(２)测量数据处理:

　　由于液面波动和随机噪声等因素的影响，检测信号中混有大量噪声。为了提高检测的准确度，对检测信号进行处理，尽可能消除噪声。

　　经过大量的实验验，采用数据平滑方法可以达到满意的效果。此方法也可有效的克服罐内搅拌器对测量的影响。

　　(３)导波雷达液位计的特点:

　　由于导波雷达液位计采用了上述的回波处理和数据处理技术，加上雷达波本身频率高，穿透性能好的特点，所以，导波雷达液位计具有比接触式料位计和同类非接触液位计更加优良的性能。

　　①可在恶劣条件下连续准确地测量。

　　②操作简单，调试方便。

　　③准确且节省能源。

　　④无需维修且性强。

　　⑤几乎可以测量介质。

　　测量范围:30米

　　过程连接:螺纹、法兰

　　过程温度:-40-250℃

　　过程压力:-0.1-2MPa

　　精    度:±1mm

　　频率范围:100MHZ-1.8GHZ

　　防爆等级:Exia IIC T6

　　防护等级:IP67

　　信号输出:4…20mA/HART(两线)

　　导波雷达液位计在检测液位时采用的是时域反射（TDR）原理，信号的传输介质是同轴电缆和导波杆，可以认为导波雷达液位计进行液位检测是基于传输线的特性的。以下简要介绍 TDR 的原理。

　　同轴电缆和导波杆是比较常用的信号传输线，我们可以把它等效为理想的双导线传输线，由相同的很多小的部分组成，每个小的部分又由很多的电阻 R、电容C、电感 L 和电导 G 等元件一起组成，并且同轴电缆和同轴导波杆的特性阻抗在每处都是一样的。

　　同轴电缆等效传输线原理图如图 2-1 所示。

　　图 2-1 同轴电缆等效传输线原理图

　　由上图知道，如果同轴电缆与其他介质相接触，由于介电常数（这里用rε 来表示）是不同的，会使相接触部分的等效阻抗发生一定变化。当同轴电缆的某一端发射出脉冲信号时，脉冲信号会沿电缆进行传输。如果传输中没有与其他介质的接触时，那么对应的负载阻抗和电缆的特征阻抗相等，那么脉冲会被吸收因此没有回波信号产生；如果发生与其他介质的接触时，那么对应的负载阻抗就会发生变化，使之和特征阻抗不相等，就会产生回波信号。

　　这里定义一个反射系数为 ρ ，它是反射信号与发射信号的幅度的比值，我们用它来用来表示负载阻抗和特性阻抗的关系。

　　其中:tZ 表示任意一点的阻抗，cZ 表示特性阻抗。因此，在各种情况时阻抗和反射系数的不同如下所示:1．当同轴电缆传输正常时，那么t cZ =Z

　　， ρ =0 ，发射脉冲会被吸收，没有回其中:tZ 表示任意一点的阻抗，cZ 表示特性阻抗。因此，在各种情况时阻抗和反射系数的不同如下所示:

　　1．当同轴电缆传输正常时，那么t cZ =Z ， ρ =0 ，发射脉冲会被吸收，没有回

　　图 2-2 断路回波信号示意图

　　3．当同轴电缆传输短路（即为与其他介质接触时）时，那么tZ =0 ， ρ = −1，同样产生全反射，但是短路回波信号和发射信号具有相反的性，短路回波示意图如图 2-3 所示。

　　图 2-3 短路回波信号示意图

　　当脉冲信号在导波杆上传输时，如果碰上其他介质就会使该点的阻抗变化，从而反射系数也会发生变化，会产生回波信号。我们可以进一步计算发射脉冲和回波脉冲的时间差就能计算出发射电路到该介质接触点的距离。

　　导波雷达测量系统原理:

　　导波雷达液位计就是时域反射原理来进行测量的，测量过程我们分为信号传播和整个测量系统来作介绍。

　　导波雷达信号传播示意图如图2-4所示。

　　在机械机构上，仪表的表头内部的收发电路会通过同轴射频接插件和同轴电缆相连。同轴电缆的另一端将会在法兰的位置与同轴导波杆连接。导波杆则是直接插入到罐体的介质内，导波杆的末端与罐底底部则是有一段距离的。

　　根据左图可以看到，电路板输出的脉冲信号会通过同轴电缆，再在同轴导波杆上进行传播。由2.1节的介绍，在同轴电缆和导波杆的连接处会首先发生断路，进而一部分信号会产生一个顶部回波信号，但是仍有一部分信号还会继续沿导波杆传播。当信号与被测液体表面接触时，其阻抗特性会发生变化，其一部分也会被反射，会再产生一个真正的液位回波信号。也会有另外一部分信号仍然会继续向下传播，***终会损耗在不断发射中。液位计可以判断出液位回波和顶部回波之间的时间差，根据这个时间差，我们用单片机进行计算就可以得到液位的高度。

　　根据右图所示，在罐体为空的时候，没有液位就不会发生液位回波信号，但是仍然会有顶部回波信号，而且在导波杆的底部会断路而产生一个的底部回波信号‘。

　　假如罐体内有两种不同的介质，由于密度不同这两种介质会分别存在于液体的上部和下部。如果这两种介质的介电常数大不相同，那么就可以通过回波的不同来判断两种介质的分界面，进而也可以得出这两种介质的不同高度。由于脉冲信号是通过导波杆传播，导波杆上的空气、气态的凝结不会影响性能，因此可以长时间测量低介电常数的产品。一般情况下被测液体的介电常数越大回波信号也就越强，也就更容易检测出液位，比如水比丁烷更容易测量。

　　假设电磁信号在介质中传输无损耗，则信号在其中的传播速度可以表示为:

　　其中:c为电磁波在真空中的传播速度(3×10八立方米m/s）。

　　Y为介质的相对介电常数，

　　从为同轴电缆的相对磁导率(大多数液体其近似等于l}o

　　我们可以得到:

　　若电磁波在同轴导波杆上的传播距离为L，那么回波信号的传播时间为:根据这个实际传播速度结合时间就可以计算出液位[[19]。因此，的深度:

　　L可以表示为液位因罐体高度为H，***后得到的液位高度为:

　　h=H一L导波雷达测量系统示意图如图2-5所示。

　　图中为整个导波雷达测量系统，导波雷达液位计发送的是窄脉冲信号，对刚性杆***大测量范围为6.1 m，柔性杆为***大范围则为30m。在实际测量中，在量程的上部和下部都会存在一段死区，分别为上部死区和下部死区，其长度分别为Lz和L,，这两个死区的特性是非线性的，所以造成测量误差会偏大。我们把上部死区的较低点定义为上参考点，用它来代表液位的满点(***高可测点)和20mA输出电流。下部死区的***高点则定义为下参考点，用它来代表液位的零点(较低可测。

　　点)和4mA输出电流。在导波杆末端到罐底的距离为L。

　　由此，在实际应用时，液位的计算需要考虑到上部死区和下部死区的因素。在液位显示时需要加上杆末端距离罐底的距离L。和下部死区的高度L1 [21] o

　　一般液位测量时只需要测量一定范围内的高度，即有效量程为两个死区之间的高度，也叫线性区。

　　在罐体内实际显示的液位高度(即以下参考点作为零点)为:

　　hD = h一L。一L, 这里L+L、是液位的整体迁移量。

　　本章主要是对导波雷达液位计进行了理论分析，首先介绍了导波雷达液位计测量所需要的时域反射原理，接着详细讲述了导波雷达测量系统的原理，***后则概括了本课题所设计的导波雷达液位计所要实现的功能和特点。

　　RTRD52T雷达液位计生产

　　工业生产过程要求液位测量仪表应满足多功能、智能化、、精度高、免维护等要求，磁致伸缩液位计、导波雷达物位计和差压变送器均适用于液位测量，昌晖仪表结合这三种仪表在火电厂的应用，对差压变送器、导波雷达物位计和磁致伸缩液位计性能原理与液位测量应用现状作一对比。

　　1、工作原理

　　①磁致伸缩式液位计工作原理

　　如图1所示，磁致伸缩式液位计根据磁致伸缩原理设计，其在一个非磁性传感管内装有一根磁致伸缩线，在顶端装一个压磁传感器，每秒发出10个电流脉冲信号，并开始计时，电流脉冲同磁性浮子在磁致伸缩线上产生一个扭应力波，沿磁致伸缩线向两端传送。测量压磁传感器收到这个扭应力波信号的起始脉冲和返回扭应力波间的时间间隔，来判断浮子位置，即得被测液位，转变为成比例的4-20mA信号输出。

　　图1   磁致伸缩式液位计工作原理

　　②导波雷达物位计测量原理

　　如图2所示，导波雷达液位计由发生器产生一个沿导波杆向下传送的电磁脉冲波，遇到介电常数大的液体表面时被反射，计算脉冲波的传导时间，而得到液位位置。

　　图2    导波雷达物位计测量原理

　　③差压变送器测量原理

　　差压变送器传感器是双侧压力作用测量元件，经压-电转换器，处理为标准4-20mA信号输出。

　　2、分析与比较

　　①差压变送器、导波雷达物位计和磁致伸缩液位计原理比较

　　A、磁致伸缩液位计根据磁浮子位置测得液位，测量影响因素为介质密度，介电常数、气相组分、工作温度、压力对测量没有影响。

　　B、导波雷达液位计测量的影响因素为介电常数、气相组分，温度、压力对测量也有一定影响。

　　C、差压变送器是根据压差变化测量液位，影响测量结果的因素如腔体真空或负压产生虚假读数；管路内气泡带来干扰；容器内水的密度改变导致测量误差。

　　②差压变送器、导波雷达物位计和磁致伸缩液位计特性比较

　　A、磁致伸缩液位计特性

　　a、性强

　　由于磁致伸缩液位计采用波导原理，整个变换器封闭在不锈钢管内，和测量介质无接触，无机械可动部分，故无摩擦、无磨损，传感器工作，寿命长。

　　b、精度高

　　由于磁致伸缩液位计用波导脉冲工作，通过测量起始脉冲和终止脉冲的时间来确定被测位移量，因此测量精度高，分辨率优于0.01%FS，这是用其他传感器达到的精度。

　　c、性好

　　磁致伸缩液位计测量时无需开启罐盖，避免了人工测量所存在的不因素；防爆性能高，本安防爆，使用，适用于对化工原料和易燃液体的测量。

　　d、易于安装和维护

　　磁致伸缩液位计一般通过罐顶已有管口进行安装，适用于地下储罐和已投运储罐，在安装过程中不影响正常生产。

　　e、便于系统自动化工作

　　磁致伸缩液位计的二次仪表采用标准输出信号，便于计算机对信号进行处理，容易实现联网工作，提高整个测量系统的自动化程度。

　　B、导波雷达物位计特性

　　a、对液体、颗粒及浆料连续物位测量不受介质变化、温度变化、稀有气体及蒸汽、粉尘、泡沫等的影响。

　　b、液体量程小于15m时，测量精度为±5mm；量程大于15m时，测量精度为5mm±0.05%。

　　c、量程60m，耐250℃高温、40kg高压，适用于爆炸危险区域。

　　d、对蒸汽和泡沫有很强的抑制能力，测量不受影响。

　　e、顶部和底部具有盲区。

　　C、差压变送器特性:

　　a、常规差压变送器在许多液位测量应用中，在液体有额外的蒸气压力。由于蒸气压力不是液位测量的一部分，需要使用引压管和有密封件的毛细管来抵消它的存在。

　　b、电子远传技术采用数字结构取代机械部件，响应速度更快，测量精度也有所提高。

　　c、天气寒冷时装置通常需要伴热或保温，要检查引压管漏水、冷凝、蒸发和堵塞。

　　d、距离过长的毛细管会使压力传输变得误差过大，同时安装过程要求较高。

　　表1  差压变送器、导波雷达物位计和磁致伸缩液位计特性比较

　　仪表类型               测量精度        性        安装                        泄漏点           维护量           寿命

　　差压变送器               低               一般           复杂、附件多           较多              大                  长

　　导波雷达                  较高            较高           简单                        较少               低                  较长

　　磁致伸缩                  高                高              简单                        少                  低               长

　　③工况干扰比较

　　实际应用中常见工况产生干扰和影响的情况如表2所示。

　　表2      实际应用中常见工况产生干扰和影响的情况

　　常见工况                      差压变送器                  导波雷达物位计              磁致伸缩液位计

　　压力变化                      影响很大                     无影响                            无影响

　　温度变化                      影响很大                     有影响                            无影响

　　震动干扰                      影响很大                     有影响                            无影响

　　电磁干扰                      无影响                        有影响                            无影响

　　介质                             水、汽                        水、汽                            水、汽

　　介电常数                      影响很大                     影响很大                        无影响

　　介质成分(如水、汽)      影响很大                     影响很大                        无影响

　　④适用范围比较

　　差压变送器、导波雷达物位计和磁致伸缩液位计适用范围如表3所示。

　　表3    差压变送器、导波雷达物位计和磁致伸缩液位计适用范围

　　适用范围                      差压变送器                    导波雷达物位计                  磁致伸缩液位计

　　压力0-1MPa                    适用                                 适用                                  适用

　　压力0-4MPa                    适用                                 适用                                  适用

　　压力0-30MPa                  适用                                 ——                                 适用

　　温度0-100℃                    适用                                 适用                                  适用

　　温度0-220℃                    适用                                 适用                                  适用

　　温度0-565℃                    适用                                 ——                                 适用

　　精度5‰-1‰                  适用                                  适用                                 适用

　　精度1‰                          ——                                 ——                                 适用

　　量程0-5m                        适用                                 适用                                  适用

　　量程0-10m                      适用                                 适用                                  适用

　　量程0-30m                      适用                                 适用                                  适用

　　由对析可知:

　　①磁致伸缩液位计适用于电厂工况，精度高，稳定性很好，安装与维护量很小，基本不需要维护。在电厂高加、低加、凝汽器、除氧器等容器设备以及其他辅机工位，如油站、化水等均适用。其凭借环境适应性强、安装方便、高精度、低成本、免维护的优点，在当今液位测量领域占较大优势。

　　②导波雷达液位计适合的工况较好，对温度和环境要求较高，对于安装空间有一定的要求。安装要求避开进料口，以免产生虚假反射。不能安装在拱形罐的中心处（否则传感器收到的虚假回波会增强），也不能距离罐壁很近，佳安装位置在容器半径的1/2处。只有物料处于顶部盲区和底部盲区之间时，才能罐内物位的测量，满足精度要求。调试较方便，运行和维护量不大。

　　③差压变送器适合的工况有限，而且传感器零漂移严重；测量偏差大，长期工作稳定性差，精度较低，受环境影响较大；安装及维护量较大，无论是正常运行还是例行维护，工作量都较大，现在基本作为一个备用选择。

　　雷达物位计是一种常用的物位仪表，具有测量、性能稳定、性高、维护简便、适用范围广等优点。智能雷达物位计，雷达液位计要想正常的发挥自己的功能，基本的安装方法是大家要掌握的。那么雷达物位计在哪些场合?现场安装都需要注意什么?就让青天仪表的工程师们为您详细解答，一起来学吧~

　　雷达物位计的应用场合都有哪些?

　　1、石化行业:如(采油厂)的原油、污油、污泥、污水(油田)的沉降罐、污水罐、钻探泥浆罐(液化气站)的液化天然气、冷凝水(储油库、生物柴油厂)的汽油、柴油、焦油、地沟油(复合肥厂)的尿素熔融液、氨水(化工厂)的各种化工产品、高温高压、高腐蚀性盐酸、有毒产品液氯、结晶产品苯酐。

　　2、电力行业:如(电厂)的粉煤灰料仓、脱硫、润滑油、泥浆、原煤仓、燃料仓、储水池、废气净化罐、灰库、油箱。

　　3、水泥行业:如(水泥厂)的散装成品的水泥仓、原煤仓、煤灰、生料均化库、熟料库、炉渣存储库。

　　4、钢铁行业:如(炼钢厂)的铁石矿、石灰石生料、石灰石熟料、煤粉、原煤仓(铝厂)的炭粉、铝矿石、煤粉。

　　5、煤炭行业:如(洗煤厂)原煤、精煤、煤渣、煤粉、含煤污水冶金行业等等..........

　　雷达的发展是从上个世纪80年代开始的，上zui早做雷达的代表公司是:vega（脉冲雷达），saab（调频雷达）。Vega为低端雷达，技术角度讲，属于脉冲雷达。其发射原理比较简单，即:发送一个高频脉冲（6.3GHZ），微波遇到介质后被反射回来，微波传播速度为光速，与温度无关，计算出传播时间就计算出了距离；但是，由于其靠时间来计算数值的，就需要对事件到几十ps（1ps= 10^-12s,即:相当于将一秒分成10^1210的12次方份）。L=T传播时间 ＊ C光速/2 （公式一）推出:△L= △t ＊ C 光速 （公式二）其中------C=3＊10^5Km = 3＊10^8m=3＊10^11mm△t = △L/ C （公式三）我们假设测量精度为5mm，那么:△t=5/（3＊10^11）=16.666 ps目前记录时间zui高精度为50ps，芯片价格一般在200~500元一片。以时间50ps计算，其测量误差:△L= △t ＊ C=15mm。也就是说，脉冲雷达如果仅仅靠时间来处理数据，zui高精度为15mm。Vega雷达早在上个世纪80年代就已经出产，而高精度时间记录芯片是2002年才面世，所以，早期脉冲雷达大都采用时间拓展的方法来进行时间的准确测量纪录，外加多次测量求平均的办法。不管如何采用拓展时间以及平均发求值，其zui终精度要达到5~10mm，都具有一定的不合实际。早在2005年前，Vega雷达在国内占据80~85%的市场，主要源于其在国内大量宣传，以及国内无相应的雷达产品，自2004年后，脉冲雷达国内相继出现了3~5家生产厂家，vega雷达市场正被国内雷达厂家追步替代。而，saab为1999年进入国内市场，比vega晚6，7年时间，其进入国内市场后，一直定位在产品领域，仅仅面向石油、化工行业。目前，国内石油、化工在02年以前所采用的雷达，基本99%为saab雷达。Saab雷达价格昂贵，普通雷达价格在3~4万，精度稍高点雷达（调频雷达）价格在8~10万元。调频雷达原理为，发送连续信号（例如:信号频段从6~7GZH，8~9GZH等），对接收到的连续信号进行FFT变化，对信号进行锁相跟踪，来计算两个信号的时间差。调频连续波雷达FMCW，能够获取很高的精度，其精度主要取决于温飘（晶振的温度补偿），以及芯片的FFT计算速度，采用温补晶振，一般能够达到精度±1mm。目前调频连续波（FMCW）雷达，国内在2001年已经具备了这种技术。由于调频连续波雷达需要进行多方面的测试、试验，如:EMC认试验、温度试验等。直到2003年底，国内调频连续波雷达才正式推出。调频连续波雷达的基本处理方式雷同。由于国内调频雷达是2000年后才开始研发的，所以，在选择芯片的速度，器件的选型，都比SAAB更加具备优势，通过简单的对温度补偿能够做到±1mm内，利用波导管进行测量，精度能够做到±0.3mm。如果采用速度更快的cpu以及搭建一些设备，做到精度±0.1mm是容易实现的。目前，雷达物位计，随着国内厂家技术实力的不断壮大，正逐步取代国外雷达市场。脉冲雷达方面，国内除个别生产厂家无技术人员进行辅助处理工况外，够与vega雷达相媲美。调频连续波（FMCW）雷达，除在现场安装、雷达壳体设计方面，我们仍需要借鉴国外厂家的经验外；在各数，工况处理种性能参方面，我们的雷达产品都比SAAB强；我们在借鉴国外雷达优点的基础，采用军用技术生产了具有自主产权的调频雷达，我们将以zui的服务面向客户。

　　RTRD52T雷达液位计生产

　　雷达物位传感器的测量原理 雷达物位传感器基于时域反射（TDR）原理，通过发射26GHz或80GHz高频电磁波并计算回波时间差实现物位测量。电磁波在空气中传播速度接近光速（3×10⁸m/s），1ns的时间分辨率对应15cm的测量精度。某石化储罐实测显示，80GHz传感器对ε=1.8的柴油测量误差仅±2mm，比超声波传感器精度提高5倍。相位干涉技术可识别0.1°的相位变化，将分辨率提升至0.1mm级。传感器通常采用FFT算法处理回波信号，能在-40～200℃环境稳定工作。