CGR8100-IDFTTLHXANX导波雷达液位计工厂
液体测量的特殊应用方案
对于易结晶介质，传感器配备PTFE天线罩防止结垢，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。最新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。
新产品的出现，在一定程度上会让我们忽视原先的产品。智能就是那个被忽视的产品。智能雷达物位计，我们可以称为低频版雷达物位计，它的发射频率为6GHz，其原理也是基于时间间隔原理设计的。
目前来看，智能雷达物位计是连续测量方式。它适用于腐蚀性液体的测量、有挥发性质液体的测量以及温度压力变化大液体的测量。它的天线主要有三种，即棒式天线、喇叭口天线和全密封天线。天线不同，智能雷达物位计在罐内的安装也略有不同。
一般来说，三种天线在罐内安装的时候，尽量要与介质保持垂直，避免波束指向罐壁。这是三种天线安装的共性。此外，三种天线在安装的时候，还各有其特性。
就棒式天线而言，为了减小温度对雷达物位计的影响，对接法兰连接处使用弹簧垫圈且天线发射点伸出安装短管。
就喇叭口天线而言，喇叭天线也伸出安装短管，必要的时候可以使用天线延伸管。
说完了雷达物位计天线，我们再说一下产品的安装问题。为了提高雷达物位计的准确性和稳定性。安装时，我们要注意以下几个方面:
，连接雷达物位计之前，我们要确认罐内无有害介质，无压力。
第二，选择合适的位置拧紧螺纹或者固定好法兰。如果有必要，需更换密封圈。
第三，进行液位调整时，我们要选择空罐的时候或液位刚好覆盖罐底的时候。
未来，随着技术的发展，新产品的出现，智能雷达物位计可能在市场并不占据一定的优势，但是，小编要提醒大家的是，每一款产品都有其优势，大家在选择的时候一定不要盲目，看更多产品，了解更多型号，才能让我们选择到经济实惠且性能的产品。
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。
导波雷达液位计是为液位测量和控制系统中应用而研发的新型雷达液位仪表，可以用于指示和控制液位，可以满足大多数情况的液位测量，测量准确度高，导波雷达液位计工作原理运用了时域反射与ETS等技术。液位计变送器模块可以发射特定频率的高频窄电磁波，该电磁波沿着传感器的导波杆或钢缆传播，当发射的电磁波遇到不同的介电常数的介质表面时，电磁波会被反射回来。通过等效时间采样技术将纳秒级的传导时间放大为毫秒级别的等效时间，再采用目标识别等复杂的算法处理，并对存在的虚假回波进行有效抑制，从而实现了对液位的测量。
导波雷达液位计是一种采用直接接触的方式，将传感器导波杆或者钢缆浸入被测介质进行测量的液位仪表。液位计运用了时域反射原理，变送器模块部分产生一定频率的电磁信号沿导波传感器传播，遇到不同介电常数的介质时产生反射，单片机通过算法可以得到待测液位高度。因此，在用导波雷达液位计测量液位时，液位的变化会引起传感器特征阻抗改变。这种改变产生的反射信号通过电路采集进行捕捉后，加以处理从而得到所测的液位高度。
导波雷达液位计主要具有以下优点 :
（1）液位计的电磁波沿同轴射频电缆和导波杆或者钢缆传导，衰减程度小，功耗低，电磁波能量集中，不易扩散，抗干扰能力很强，高准确度可达±3mm。
（2）可以测量各种低介电常数的介质，介电常数的大小只影响回波幅度大小，对测量数据无影响。
（3）雾气、泡沫等引起的散杂信号对测量无影响。对于具有挥发性气体、泡沫、液位表面波动、挂料、结垢、沸腾、介电常数或密度经常变化的测量工况，都可以有效进行测量。
（4）测量不受介质密度、导电率和温度的影响，适用于高温高压工况下的测量。
（5）具有维护量小，现场调校方便，性能稳定、等优点。
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。