GNY-CGRD/80.30-G1P雷达物位计工厂

　　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。

　　WP-RD700系列导波雷达物位计

　　测量原理>>

　　导波雷达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。

　　B:盲区    F:大量程     E:满仓    D:空高      L:物料高度

　　★注:使用雷达物位计时，务必使高料位不能进入测量盲区

　　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。

　　导波雷达液位计主要由雷达变送器、过程密封件和导波杆三部分组成。表头内部安装雷达变送器，采用一次压铸成型的双室结构，带LCD显示，大多数情况下可以向任意方向旋转，便于现场观察。根据不同的环境条件选择相应表头材质，常规条件下可以选择聚氨酯涂层，沿海地区可以考虑316ss等耐腐蚀性不锈钢。导波杆共分为两 类五种，即硬杆类，包括同轴、单杆和双杆三种;软缆类，包括单缆和双缆两种。

　　导波雷达液位计配备不同的探头，以满足各种应用要求。硬杆类导波雷达液位计测量范围较小，制造商推荐可选范围一般在0~6m，而软缆类导波雷达液位计测量范围较大，制造商推荐可选范围通常在0~50m内，甚至可以达到80m，所以导波杆长度可根据测量要求，自由定制选择。

　　硬杆类中的单杆式探头能量传输效率较低，外界干扰敏感，是受物体接近程度影响较大的探头，应避免靠近干扰物安装，如设备内壁或容器内构件等。适合测量小量程的液体和粉末状或小颗粒固体料位。

　　同轴式探头能量集中在小口径的金属管内，能量传输效率高，不受液面湍动的影响，抗干扰能力强，安装空间要求低，可以近容器内金属构件安装或者与其他物位仪表装在同一旁通管内，且不会相互影响。其结构特点决定了其更适用于低黏度的清洁介质，介电常数液体或界位测量，而在挂料和结晶的应用场合容易产生测量误差，因此不适用高黏度的、易挂料、易结垢的场合的物位测量，如重油型加工处理装置中的原料罐、地下污油罐等。

　　软缆类中的单缆式探头底部配有重锤，主要用于测量大量程的液体和固体料位。硬杆类型中的双杆、软缆类型中的双缆与单杆、单缆相比，增加为平行双探头，导波雷达液位计能量集中在两个探头之间，测量能力，抗干扰、抗黏附能力高于单探头，灵敏度低于同轴探头。

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　　JCRD导波雷达液位计价格，JCRD导波雷达液位计供应，JCRD导波雷达液位计安装导波雷达液位计

　　产品型号:JCRD73导波雷达液位计，可发出高频率微波，沿着探杆传播，由于遇到被测介质，介电常数突变，引起反射。发射脉冲与反射脉冲的时间间隔与被测量介质的距离成正比。同时，导波雷达也可以测量两种不同介质的界面，充分利用介质的介电常数的不同。脉冲的工作方式可测小介电常数介质，并适用于各种金属，非金属容器内,对人体及环境无伤害。

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　　应用范围:

　　JCRD系列导波雷达液位计:适应各种存储容器或过程计量环境，液体、浆料、固体比如:原油、清油储罐，原煤、粉煤仓位，挥发性液体储罐，焦碳料位，浆料储罐，固体颗粒。

　　1、雷达液位计可以测量液体、固体介质比如:原油、浆料、原煤、粉煤、挥发性液体等；

　　2、可以在真空中测量可以测量介质常数>1.8的介质，测量范围可达35m；

　　3、供电和输出信号通过一根两芯线缆（回路电路）,采用4…20mA输出或数字型信号输出；

　　4、非接触式测量安装方便采用其稳定的材料牢固耐用，分辨率可达1mm；

　　5、不受噪音、蒸汽、粉尘、真空等工况影响；

　　6、不受介质密度和温度的变化，过程压力可达40bar,介质温度可达300℃；

　　7、安装方式有多种可以选择:顶部安装、侧面安装、旁通管安装、导波管安装；JCRD导波雷达液位计价格，JCRD导波雷达液位计供应，JCRD导波雷达液位计安装导波雷达液位计

　　技术参数:

　　应用:双杆:液体及固体测量，是小介电常数的液体和固体，复杂过程条件。

　　z大量程:6m

　　测量精度:±3mm

　　过程连接:法兰  螺纹

　　探测组件材料:不锈钢304 / 316L / PTFE

　　过程温度:-40…250 °C

　　过程压力:-1.0…20bar

　　信号输出:两线制 4…20mA/HART

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　　目前，海上平台常用的液位测量仪表主要有导波雷达液位计、喇叭口雷达液位计等几种测量方法。每种测量方法价格差异较大，且都有一定的适用范围和条件。其中一些仪表虽然本身适用粘度范围有限，但是经过处理或者设计后，也可以获得更广泛的适用粘度范围，从而避免了选择价格更高的测量仪表。通过对海上平台常用液位测量仪表进行详细研究，通过合理化选型，一方面实现了佳的测量效果，另一方面有效地减少了工程投资。

　　1、导波雷达液位计

　　导波雷达也称时域反射或微功率脉冲雷达，安装在储罐或旁通管的顶部，有杆式和缆式两种形式，考虑到受罐顶安装空间的限制，海洋平台一般选用导波缆配重锤的形式。低能脉冲微波以光速沿导波杆/缆向下发送，在导波杆/缆与液位（空气/液体界面）的交点处，有相当大比例的微波能量通过导波杆/缆反射回变送器，变送器对发射信号和接收的回波信号之间的时间差进行测量，然后板载微处理器利用公式:距离=（光速×时间差）/2，即可实现对液面上方高度进行计算，从而得出罐内液位值。

　　导波雷达液位计通过在导波杆/缆上进行涂层处理，通过软件滤除油膜覆盖造成的干扰的方式，部分产品可以实现8000cp及以内粘度范围总液位的测量。在粘度较大工况下，不建议使用导波管进行限位。

　　优点:对波动较大介质的测量更稳定，不受介电常数高低的限制，信号相对稳定。

　　缺点:安装维护不太方便，有时需要在罐体加装导波管。

　　2、喇叭口雷达液位计

　　喇叭口雷达液位计是利用超高频电磁波经天线向被探测容器的液面照射，当电磁波碰到液面后反射回来，仪表检测出发射波及回波的时差，从而计算出液面高度。由于喇叭口雷达天线与被测介质互不接触，所以可以有效避免高粘工况对测量的影响，理论上不受介质粘度的影响。

　　优点:精度较高，采用非接触式测量，不受介质粘度的限制，体积较小，安装方便。

　　缺点:天线容易沾上测量介质、结晶或水蒸气，需要进行定期检查和清理。为避免漂浮物影响测量结果，需要在罐体加装导波管。

　　液体测量的应用方案

　　对于易结晶介质，传感器配备PTFE天线罩结垢，同时保持ε＞1.4的介电常数要求。强腐蚀性液体测量采用全密封316L不锈钢外壳，耐98%浓硫酸腐蚀。某化工厂测量发烟硫酸（ε=110）时，通过调整回波阈值使信号强度稳定在-70dBm以上。导波雷达技术利用探杆引导电磁波，可穿透泡沫层检测真实液位。小型储罐（＜3m）推荐使用5°窄波束天线，避免罐壁反射干扰。

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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。