AVI-DRLO4-01雷达液位计生产厂

　　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。

　　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。

　　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。

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　　雷达物位计作为一种常见的物位仪表产品，经常用于对各种金属、非金属容器或管道内的液体、浆料及颗粒料的物位测量。按照雷达物位计的工作方式进行划分，有接触式和非接触式两种雷达物位计。与接触式雷达物位计相比，非接触式雷达物位计是近年来发展快的一种测量仪器，它具有安装简单、维护量少、使用方式灵活、不受仓内粉尘、温度等因素影响等优点。按照微波的波形，非接触式雷达物位计又可分为脉冲雷达物位计和调频连续波雷达物位计。而接触式雷达物位计主要有导波雷达物位计，下面就结合这几种常见雷达物位计谈谈他们的原理和应用。FMCW雷达用120GHZ作为测量基频（载频），完成一次线性扫描，信号发射后，经过一定的时间延迟后，接收到回波信号。在线性扫频中产生的时间差，与物位距离呈正比例，由于有许多反射波，将的回波时间进行傅立叶（FFT）变换，将时间信号转换成有一定能量的频谱，比较高和比较陡的视频谱信号为有用信号。

　　雷达物位计具有测量、性能稳定、性高、维护简便、适用范围广等优点，其应用范围广泛，涵盖了电力、钢铁、冶金、水泥、石油化工、造纸、食品等行业，适用于粉尘、温度、压力变化大，有惰性气体及蒸汽存在的场合。矿用雷达料位计是过程控制自动化领域十分重要的连续控制物位仪表，主要用于工矿业生产中料位的测量。采用的雷达测量技术的雷达料位计，在槽罐中有搅拌、温度高、蒸汽大、介质腐蚀性强、易结疤等恶劣工况下的优势尤为明显。矿用本安型雷达物位传感器用于煤矿煤仓测量的一款本质型的物位传感器，现场显示并产生信号传给上位机或者综合控制站，以达到及时准确的判定和控制料仓情况。雷达料位计的测量原理和雷达液位计以及雷达水位计的测量原理是一样的，只不过它们的测量的介质不一样，应用的环境也不一样。测量原理

　　雷达物位天线发射较窄的微波脉冲，经天线向下传输。微波接触到被测介质表面后被反射回来再次被天线系统接收，将信号传输给电子线路部分自动转换成物位信号（因为微波传播速度快，电磁波到达目标并经反射返回接收器这一来回所用的时间几乎是瞬间的）。雷达物位计是过程控制自动化领域中重要的连续控制物位仪表，主要用于测量工业生产中的料位。采用的雷达测量技术，在搅拌、高温、大蒸汽、强腐蚀性介质、罐内易结疤等恶劣工况下具有明显优势。矿用本安型雷达物位仪采用调频连续波技术即发射一个频率被线性调制的微波连续信号，频率呈线性上升。所接收到的回波信号频率也是呈线性上升的。两者的频率差将比例于发射目标的距离。

　　煤安雷达料位计，矿用本安型雷达物位仪主要应用于以下行业:

　　1、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。

　　2、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。

　　3、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。

　　4、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..........雷达料位计对于粉煤灰料位测量具有:强粉尘、高漂浮性、低介电常数、大量程、不规则料面等特点。针对粉煤灰测量的汇总之前仪表测量出现的问题研发出了26G高频雷达料位计SAIPU-RD8000，具有两种天线形式，喇叭口天线(加防尘罩或加吹扫装置)和抛物面天线。它具有频率高(穿透性强)、发射角小(信号集中)、量程大(大70米)、防尘(喇叭口天线加防尘罩或吹扫、抛物面天线本身带防尘性)、非接触式测量、带有瞄准器和仪表轻便等特点，从而了对粉煤灰测量的稳定。

　　导波雷达液位计是一种常见的工业测量仪器，主要用于液体和固体物料的液位监测。它通过导波雷达技术，利用电磁波在介质中的传播特性，实现对液位的测量。这种技术在各种行业中得到广泛应用，比如石油、化工、水处理、食品和饮料等领域。

　　导波雷达液位计的工作原理基于电磁波的传播。其核心部件是一个发射器和接收器，发射器将高频电磁波发射到测量介质中。当电磁波遇到液体或固体物料时，会产生反射，接收器则接收到这些反射波。通过分析反射波的时间和特性，仪器可以计算出液位的高度。

　　与传统液位计相比，导波雷达液位计具有多项优势。首先，它对测量环境的适应性强。传统液位计可能受到压力、温度、蒸汽、泡沫等因素的影响，而导波雷达液位计则不易受到这些因素的干扰。这使得它在一些恶劣环境下仍能保持良好的测量精度。

　　其次，导波雷达液位计的安装和维护相对简单。由于其非接触式的测量方式，用户无需担心测量探头与介质直接接触带来的污染或磨损问题。此外，导波雷达液位计的性高，能够长时间稳定工作，减少了维护频率和成本。

　　导波雷达液位计的应用领域广泛。首先，在石油和化工行业，液位监测是和生产管理的重要环节。导波雷达液位计能够实时提供液位数据，帮助企业避免因液位异常造成的隐患。同时，它也能提高生产效率，确保原料的及时供应。

　　在水处理行业，导波雷达液位计用于监测污水和废水处理过程中的液位变化，确保处理过程的顺利进行。通过对液位的控制，企业可以实现更的水资源管理，降低运营成本。

　　此外，在食品和饮料行业，液位测量同样。导波雷达液位计能够在不影响产品质量的情况下，提供的液位数据，帮助企业实现自动化生产和监控。

　　在选择导波雷达液位计时，有几个关键因素需要考虑。首先是测量范围和精度。不同的应用场景对液位计的要求不同，用户应根据实际需求选择合适的型号。其次是介质特性。液位计的性能可能受到测量介质的性质（如导电性、介电常数等）影响，因此在选型时要充分考虑这些因素。

　　另外，安装位置和环境条件也是影响液位计性能的重要因素。应选择合适的安装位置，以避免干扰信号的影响。同时，确保仪器能够适应周围环境的温度、压力等条件。

　　在使用导波雷达液位计时，用户也应定期进行校准和维护，以确保其测量的准确性和性。虽然导波雷达液位计的维护频率相对较低，但定期检查仍然是必要的，以因长时间使用而导致的性能下降。

　　总之，导波雷达液位计凭借其优良的测量性能和广泛的适用性，成为各行各业液位监测的重要工具。随着科技的发展和应用需求的增长，导波雷达液位计的技术也在不断进步，未来有望在更多领域发挥更大的作用。企业在选择和使用导波雷达液位计时，应充分了解其工作原理和适用范围，以便地满足生产和管理的需求。通过合理的使用和维护，导波雷达液位计将为企业提供的数据支持，助力其运营。

　　LD700LD型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（35米）、高等特点。

　　使用对象: HC700LD型导波雷达液位计适用于高温（350℃）、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。

　　特性与优势: 1、无盲区，高。 2、两线制技术，是差压仪表、磁致伸缩、射频导纳、磁翻板仪表的优良替代产品。 3、不受压力变化、温度变化、惰性气体、真空、烟尘、蒸汽等环境影响。 4、安装简便，牢固耐用，免维护。 5、HART或PROFIBUS-PA通信协议及基金现场总线协议，标定简便、通过数字液晶显示轻松实现现场标定操作，通过软件GDPF实现简单的组态设定和编程。 6、测量灵敏，刷新速度快。

　　7、适用于高温工况，高达200℃过程温度，当采用高温延长天线时可达300℃。

　　测量原理:

　　LD700LD型导波雷达液位计是基于时间行程原理的测量仪表，发射能量很低的短的微波脉冲通过天线系统发射并接收。雷达波以光速运行。运行时间可以通过电子部件转换成物位信号。探头发出高频脉冲并沿缆式或杆式探头传导，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。一种的时间延伸方法可以确保短时间内稳定和的测量。

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　　物位测量的仪表在选型时，与压力或流量测量等仪表有很大不同。这是因为物位测量的现场情况千差万别，而生产商又很难设计出能满足工况应用的物位仪表。只有充分了解仪表特点及现场应用条件，才能正确选择所需要的产品，同时充分发挥仪表的测量性能。

　　雷达物位计的回波质量主要受以下因素影响:

　　1.传播介质的介电常数，该常数越稳定越有利于传播。雷达波是电磁波，电磁波在传播过程中不受传播介质稳定程度的影响，只与其介电常数有关。这是雷达技术与超声波技术的重大区别。

　　2.被测介质表面状况，表面越平整，其介电常数越大，则越有利于回波反射。

　　所以考虑现场情况时，应注意这两个方面:

　　1.天线到被测介质间空气介电常数的分布

　　2.被测介质的表面状态及其介电常数。

　　雷达物位计的优点是:不受空气波动影响，随距离衰减小，穿透力强。

　　雷达物位计的种类及应用:

　　雷达物位计目前已成为市场上的主流产品，主要分为脉冲雷达物位计和导波雷达物位计。低频脉冲雷达物位计尽管具有价格相对低廉的优点，但在主要应用领域中，属于逐渐被淘汰的产品。

　　与低频脉冲雷达物位计相比，高频脉冲雷达物位计在应用过程中有以下优点:

　　1.高频雷达物位计(主要指26GHz和24GHz)具有能量高，波束角小，天线尺寸小，精度高等优点。

　　2.26GHz雷达波长11mm，6GHz雷达波长50mm，雷达物位计在测量散装料位时，雷达波反射主要来自料面的漫反射，漫反射的强度与物料大小成正比，与波长成反比，而大部份散装料直径远远小于50mm，这就是目前26GHz雷达是测量散装料物位*选择的原因。

　　3.在一些直径小而高度并不是很高的小型罐的应用中，6GHz雷达天线长(300-400mm)无形中增大了盲区(大约600mm)，另外由于6GHz雷达方向性差(开角大)在小罐中会产生多径反射;而26GHz雷达频率高，天线短，方向性好，克服了6GHz雷达的缺点，适用于小罐测量。

　　4.由于现场环境恶劣，随着时间推移，雷达天线会堆积污物、水汽等，26GHz雷达天线小，附加天线罩可大大改善因污物、水汽造成的影响;6GHz雷达天线大，加天线罩很困难。且仪表较沉重，清理困难。

　　5.由于26GHz雷达方向性好，很多恶劣工况，可通过简单隔离，将雷达物位计装在容器外进行测量。