706-512A-010/7CT-1100-A10-20导波雷达液位计质量好的

　　通信协议与系统集成能力

　　标准4-20mA+HART输出兼容传统DCS系统，PROFIBUS PA/FF总线支持多设备级联。无线HART版本采用2.4GHz频段，单节点功耗＜20mW，电池寿命达5年。某智能工厂项目通过OPC UA接口实现传感器数据直连MES系统，采样周期缩短至100ms。最新IO-Link 1.1版本支持参数远程配置，调试时间从4小时压缩至15分钟。云端接入的物位数据可用于预测库存周转，精度达0.1m³。

　　导波雷达液位计的特点介绍

　　导波雷达液位计是一种用于测量各种液体和固体颗粒物料的液位计。它采用的导波雷达技术，能够进行非接触式的液位测量，具有测量范围广、精度高、适用性好、性高等特点，被广泛应用于石油化工、电力、、水处理、化学、食品等行业。本文将着重介绍导波雷达液位计的特点。

　　1. 测量范围广

　　导波雷达液位计具有广阔的测量范围，在液位测量方面。它可以适用于各种类型的液体和固体颗粒物料的液位测量，包括高温、高压、腐蚀性、易挥发性或具有易燃易爆性质的液体。这是传统液位计胜任的。导波雷达液位计的测量范围通常为0-30米，可以满足各种工艺过程的需要。

　　2. 度高

　　导波雷达液位

　　706-512A-010/7CT-1100-A10-20导波雷达液位计质量好的

　　导波雷达液位计是采用微波技术来检测料位的高科技产品，该料位仪利用微波具有穿透性好，对恶劣环境及被测物料适应性强等特点，采用世界上*的大规模集成电路，利用雷达原理、数字信号处理技术和傅里叶变换（FFT）技术。采用连续式乍动测量，能测量液体、固体（块状、粉状）料位，具有测距远、精度高等特点。

　　导波雷达液位计具有低维护，高性能、高精度、高性，使用寿命长等优点。在与电容，重锤等接触式仪表相比较，具有的*性。微波信号的传输不受大气的影响，所以它可以满足工艺过程中挥发性气体、高温、高压、蒸汽、真空及高粉尘等恶劣环境的要求。该产品适用于高温、高压、真空、蒸汽、高粉尘及挥发性气体等恶劣环境。可对不同料位进行连续测量。该仪器主要技术达到或优于国内外同类产品,且安装调试简便，可以单台使用，也可组网使用，可广泛应用于冶金、建材、能源、石化、水利、粮食等行业。

　　2、导波雷达液位计技术参数:

　　应    用:腐蚀性液体

　　测量范围:杆式6米/缆式20米

　　过程连接:法兰

　　过程温度:-40~120℃

　　过程压力: -0.1~2MPa

　　精    度:±3mm

　　频率范围:100MHZ~1.8GHZ

　　防爆等级:Exib IIC T6 Gb

　　防护等级:IP67

　　信号输出:4—20mA/HART（两线）

　　3、导波雷达液位计使用说明:

　　测量原理

　　WHRD35防腐导波雷达物位计是基于时间行程原理的测量仪表，雷达波以光速运行，运行时间可以通过电子部件被转换成物位信号。探头发出高频脉冲并沿缆绳传播，当脉冲遇到物料表面时反射回来被仪表内的接收器接收，并将距离信号转化为物位信号。

　　输入

　　反射的脉冲信号沿缆绳传导至仪表电子线路部分，微处理器对此信号进行处理，识别

　　出微波脉冲在物料表面所产生的回波。正确的回波信号识别由智能软件完成，距离物料表

　　面的距离 D 与脉冲的时间行程 T 成正比: D=C×T/2 其中 C 为光速

　　因空罐的距离 E 已知，则物位 L 为: L=E-D

　　输出

　　通过输入空罐高度 E（= 零点），满罐高度 F（= 满量程）及一些应用参数来设定，应

　　用参数将自动使仪表适应测量环境。对应于 4－20mA输出。

　　测量范围

　　F---- 测量范围

　　E---- 空罐距离

　　B---- 顶部盲区

　　K---- 探头到罐壁的小距离

　　顶部盲区是指物料料面与测量参考点之间的小距离。

　　底部盲区是指缆绳部附近无法测量的一段距离。

　　顶部盲区和底部盲区之间是有效测量距离。

　　雷达物位计，也被称作雷达料位计、雷达液位计等，主要具有无线电检测和测距的功能。因此，雷达物位计一般用于测量目标点到雷达物位计之间的距离的。

　　由于雷达物位计是通过发射物理特性类似于光速的电磁微波，所以它的发射频率很高，波长很短，因此通过持续不断的发射高频率的电磁波除了可以探测到雷达物位计与待测物料之间的距离之外，还可以通过其发射、接收电磁波信号之间的时间变化差值计算出待测物料的移动情况，包括移动速度、转动角度等。

　　相对于传统的红外线测距等方法，雷达物位计其实在价格上并不占优势。但是由于雷达物位计的电磁微波能在温度、压力变化较大，有惰性气体或易挥发性气体、强粉尘等工况环境下不受干扰，因此它广泛的应用于煤炭、造纸、钢铁、水泥、食品、电力、石化等行业领域。

　　综上所述，雷达物位计一般用于测量雷达物位计与待测物料之间的距离，形状，方位，高度以及待测物料相对雷达物位计的位移情况等位置移动等信息。赢润研发生产的高频智能雷达物位计分为接触式雷达物位计和非接触式雷达物位计两大类，采用的新型的微处理器，能发射26 GHz的高频超声波信号，适用于反应釜、耐温、耐压、轻微腐蚀性液体等高温、高压复杂工况下物料信息的探测。

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　　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(3x10八立方米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(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。

　　导波雷达液位计原理

　　导波雷达液位计是一种非接触式的液位测量仪表，广泛应用于石油化工、电力、冶金、水处理等行业。它利用微波（或超声波）技术，通过发射和接收电磁波，检测液体表面与探头之间的反射信号，从而测量液体的高度。本文将详细介绍导波雷达液位计的原理及其优点。

　　一、导波雷达液位计原理

　　1. 发射原理

　　导波雷达液位计的发射原理是利用微波（或超声波）技术，通过天线向被测液体发射一定频率的电磁波。当电磁波遇到被测液体时，部分能量会被吸收，另一部分能量会反射回天线。反射回来的信号强度与被测液体的高度有关。

　　2. 接收原理

　　导波雷达液位计的接收原理是利用天线接收反射回来的电磁波。由于电磁波在空气中传播速度较快，因此反射回来的信号具有较强的时间延迟。通过对这些信号进行处理，可以计算出电磁波从发射到接收所需的时间，从而推算出液体的高度。

　　3. 数据处理与显示

　　导波雷达液位计的数据处理主要包括对反射信号的时间延迟进行计算和处理。根据电磁波传播速度和传播距离的关系，可以计算出液体的高度。同时，导波雷达液位计还可以将测量结果以数字形式显示出来，方便用户进行实时监控和调整。

　　二、导波雷达液位计的优点

　　1. 非接触式测量:导波雷达液位计无需与被测液体直接接触，避免了传统液位测量方法中可能出现的污染、磨损等问题。

　　2. 高精度测量:导波雷达液位计采用的微波（或超声波）技术，能够实现对液体高度的测量，误差范围通常在±0.1%以内。

　　3. 适用范围广:导波雷达液位计可用于各种类型的液体测量，如水、油、酸碱等，且不受介质密度、温度、压力等参数的影响。

　　4. 抗干扰能力强:导波雷达液位计采用的信号处理技术，能够在复杂的环境中稳定工作，不易受到外部干扰的影响。

　　5. 易于安装和维护:导波雷达液位计结构简单，安装方便，维护成本较低。同时，其无易损件，使用寿命长。

　　总之，导波雷达液位计凭借其非接触式测量、高精度、抗干扰能力强等优点，在各行业得到了广泛的应用。随着科技的不断发展，导波雷达液位计的性能将进一步提高，为人们的生产生活带来更多便利。