5301HA1P1N4AM00150RANAM1C1导波雷达液位计生产
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。最新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。
介质测量的定制方案
高温熔体（＞400℃）测量采用水冷法兰（流量2m³/h）保护传感器，波导延伸管耐温达800℃。强粘附性介质使用自清洁天线，每秒1次的微振动挂料。某沥青储罐应用案例中，带刮刀装置的传感器使维护周期从1周延长至6个月。卫生型设计满足3A标准，Tri-Clamp快装接口表面粗糙度Ra＜0.8μm。研发的透波窗口材料（如蓝宝石）可测量ε＜1.4的介电常数介质。
本文旨在通过实践来探讨电厂低压给水加热器上液位的测量，并解析了加热器结构及其采用各种不同液位测量仪表的历程和工况特点，论述了导波雷达液位计在低压给水加热器上的使用优势，藉此给电力行业热工人士提供一些有价值的参考。
给水加热器的结构与功能
给水加热器是一种利用汽轮机抽汽加热给水，以提高热效率的加热设备，是电厂回热系统的重要辅机之一。加热器的工作原理是利用汽轮机做过功的乏汽加热凝结水和给水，而不是直接将乏汽排入凝汽器，以充分利用乏汽的焓，降低冷源损失，同时减弱锅炉受热面的热应力。
加热器按汽水传热方式的不同，可分为表面式和混合式。目前，在火力发电厂中除了除氧器采用混合式加热外，其余高低压加热器均采用表面式加热。按照水侧的布置方式和流动方向的不同，表面式加热器又分为立式和卧式。
表面式给水加热器的特点，是加热工质（汽轮机的抽汽）与被加热工质（锅炉给水）相互不混合，通过管壁来传递热量。传热管内是给水，传热管外是蒸汽。蒸汽在加热器里放出热量并凝结成疏水，由疏水口排出。由于加热蒸汽通常都具有一定的过热度，为使给水温度达到所期望的值，同时加热面积尽可能的少，可设置一个过热蒸汽冷却段，以充分利用抽汽的过热度。蒸汽由汽相变为饱和水，同时放出汽化潜热的过程是在凝结段里完成的。凝结段是给水加热器的主要换热区段，管内给水大部分的焓升是由这一区段提供的。因此，具有凝结段的加热器是电厂用给水加热器的基本型式。
加热器中液位测量的重要性
加热蒸汽和被加热的水之间是通过金属表面来传递热量的。由于传热热阻的存在，给水不可能被加热到蒸汽压力下的饱和温度，不可避免地存在着一个端差。因此，给水端差（TTD = Terminal Temperature Difference）和疏水端差（DCA = Drain Cooler Approach temperature difference）是加热器的两个主要。给水端差和疏水端差的设置，直接影响到机组的率和运行的性。给水端差又称为上端差，是加压器蒸汽压力下的饱和温度与出口给水温度之差。疏水端差又称下端差，是离开加热器汽侧的疏水温度与进入水侧的给水温度之差。
图1 卧式表面式给水加热器结构实物
合理的给水端差的设置，能够有效提高热交换效率，是成本控制及盈利能力的重要组成部分。在实际运行中，给水端差增大的原因有:加热器的抽汽压力和抽汽量不稳定；加热器受热面结垢使传热恶化，增大了传热管内外温差；加热器内积聚了空气，不凝结的空气附在传热管表面形成空气层，妨碍了蒸汽的凝结放热，增大了传热热阻；凝结水或给水的部分或不经过加热器，而是从加热器旁路通过；凝结水位过高，淹没了一部分传热管，使传热面积减少。而给水端差过小，纵然可以提高热交换效率，但加热器长期处于过热状态，会大缩短使用寿命。由此可见，在日常操作中，维持合理的加热器凝结水位高度，从而找到热交换效率和设备寿命之间的平衡点，成为热工控制的首要任务。
加热器中液位测量的发展历程
给水加热器中存在高温、高压及大量蒸汽，恶劣条件使之成为测量的难点。给水加热器的水位检测历经了几个发展阶段，从初的磁翻板液位计、浮筒液位计、直到今天比较常用的差压变送器和导波雷达液位计。
磁翻板液位计又称就地水位计，是为传统的一种水位测量方式，至今仍然是加热器的标准配置。磁翻板液位计利用浮力原理，根据加热器的设计温度、压力及水的密度，制造出满足工况条件的浮子。浮子装在和加热器相连的筒体中，筒体中的水位和加热器中的水位等高，而筒体内浮子漂浮在水面上，即代表水位的高度。浮子内的永磁铁通过磁耦合作用引起筒体外的小磁板翻转，通过小磁板两面颜的不同，来就地读取加热器中的水位高度。磁翻板液位计是一种稳定的测量技术，但它存在两大缺陷。一是测量精度不高。因为加热器中的温度和压力的变化，凝结水的密度也发生变化，根据阿基米德浮力定律f浮=ρgV，当凝结水密度变化时，浮子浸没在水中的体积也发生变化，因此浮子淹没高度的变化会影响到测量精度。二是就地水位计在初的时候没有远传信号。
浮筒液位计是上世纪80年代至本世纪初常用的加热器水位测量方式。因为浮筒液位计集成有信号转换器，所以能够提供远传信号。但是浮筒液位计也是基于浮力的原理，因此同样面临着测量精度差的问题。此外，浮筒液位计多数采用扭力管式测量原理，表头笨重且需要周期性的标定，给使用和维护带来了诸多不便。
图2 导波雷达液位计工作原理
随着差压变送器技术的发展和产品性价比的提升，差压变送器配合平衡容器成为本世纪以来较为常用的加热器水位测量方式。但无论是采用双室平衡容器，还是采用单室平衡容器，对于测点位置的选取和安装都有较高的要求。因为，低加汽测可能工作在负压工况下，所以测量值波动大，影响到生产人员的正确操。此外，差压变送器的测量原理是:ΔP=ρgh,为达到地测量，需要对密度、温度及压力进行补偿。
导波雷达液位计采用的是时域反射原理（TDR原理，Time Domain Reflectometry）。导波雷达的工作原理，是由表头高频脉冲发生器产生电磁脉冲波信号，该信号沿着导波杆（探杆）向下传送，当遇到比此前传导介质（如空气或蒸汽）介电常数大的液体表面时产生反射信号，用超高速计时电路测量出脉冲波信号从发射到接收的传导时间。传导时间与电磁脉冲波速度乘积的一半，即代表被测介质表面到导波雷达液位计过程连接处的距离；通过给定的容器高度减去距离，计算得出液位的高度，从而达到对液位的测量。
导波雷达液位计的测量原理及优点
时域反射理论模型早在1939年就已建立，初用于电信业查找电缆断点。上世纪90年代中后期，部分液位计厂家致力于将TDR技术应用于工业仪表，称之为导波雷达液位计。导波雷达液位计问世后，随即成为物位测量的一大利器。导波雷达液位计的测量结果和被测介质的温度、压力、密度、粘度、电导率和介电常数无关，可以用于测量液体、浆料和固体，也可以测出物位或某些工况下的液体界面。因此，当导波雷达液位计满足设计温度、压力、量程、精度、材质及安装位置的要求时，是一种理想的物位测量仪表，几乎可以取代大多数物位计。当然，导波雷达液位计也同样面临着一些使用的限性，如其典型精度为±3mm、对温度和压力耐受的限、当介质粘度高时在探杆上形成挂料、固体介质容易磨损并拉断探杆，以及容器内的搅拌影响探杆的安装等。
做为一种探杆和被测介质相接触的接触式物位测量仪表，导波雷达液位计的选型重点集中于探杆形式。为此，各导波雷达液位计厂家研发生产出不同的探杆形式，以满足各种工况的要求。如笔者所使用过的美国Magnetrol品牌的导波雷达液位计，就有多达22种探杆形式可供选择。
图3 单杆探杆信号轨迹图、通州探杆信号轨迹图、同轴探杆实物图、通州探杆实物剖面图
那么，如何选用合适的探杆形式呢？首先，需要考虑探杆对温度和压力的耐受。其次，需要考虑电磁脉冲信号在探杆上传播的轨迹。
单式探杆（单杆、单缆）上信号轨迹呈逐步发散的状态。在信号的轨迹范围内，可能会产生干扰信号影响到液位的测量。典型的干扰信号有安装管嘴，以及容器内的焊缝、焊渣和结构件等。同轴探杆的信号则集中在同轴探杆内。同轴探杆的结构是中间有一根实心金属杆（通常直径为8mm），电磁脉冲信号在金属杆上传播；其外侧是一根金属套管（通常直径为22mm），金属套管作为金属杆的屏蔽层，起到屏蔽外部的干扰信号及集中信号的作用，以提高信号的灵敏度，便于测量介电常数较低的介质。因此，采用同轴探杆可以不用考虑安装位置及容器内结构对测量带来的影响，是理想的一种探杆形式。同轴探杆的限在于，其量程受限，通常为6m左右，以及高粘度介质所形成的“搭桥”现象。
那么是不是说使用导波雷达液位计测量低压加热器液位，只需考虑到以上两点就了呢？实际上，还需要结合电厂低压加热器实际工况中存在大量蒸汽的特点。一是要考虑蒸汽的侵蚀作用对于探杆和表头之间密封部分的材质选择和制作工艺的考验。见图3红圆圈部分。依据笔者经验，选择应用业绩多、历经实践考验的品牌是产品的有效保障。二是需要考虑蒸汽工况下，电磁脉冲信号的传播在蒸汽中被衰减的情况。通常，导波雷达的测量原理可用以下公式来表示:
L=D – C0.t/2
L=液位高度
D=容器高度
C0=真空中的光速
t=发射信号和反射信号的时间间隔
在蒸气工况中，实际的液位以 L真来表示，实际的信号传播速度用C真来表示；仪表测量出的液位以L测来表示，那么:
L真=D – C真.t/2
L测=D – C0.t/2
因为C真L测。依据导波雷达液位测量值来控制凝结水的高度，所造成的实际影响是凝结水位过高，致使低压加热器内部分传热管被淹没在凝结水下，热交换效率下降，给水端差增大。
图4 7×S蒸汽探杆结构剖面图
通过实际的观察数据和相关的文献资料信息，在低压加热器的工况条件下，C真和C0之间的差异在2%~5%之间。因为C真受到蒸汽温度、压力的影响而不断变化，所以仅从改变仪表系数的方面来进行C真的修正，还是不能很好满足对测量准确度的要求。
对于C真进行实时的补偿，是导波雷达在蒸汽工况下能完成准确测量的先决条件。笔者所使用的Mangetrol导波雷达液位计采用了专利的蒸汽探杆，用于实时的C真补偿，其补偿的工作原理如下:
在蒸气探杆中，距离表头下方125mm处安装有一个蒸汽目标(Steam Target)，表头每秒会发送一个询问信号，该询问信号到蒸汽目标后被发射回表头的时间t问询被测量。此时，电磁脉冲信号在当前工况下的速度C真可以用以下公式准确计算出来:
C真=d/t问询，其中，d=125mm
获得C真后，导波雷达将以此值来进行真实液位值的计算，从而达到实时补偿的目的。
小结
综上所述，Magnetrol专利的蒸汽探杆，集成了同轴式、良好的蒸汽隔密封及实时蒸汽补偿的优势。同时，Magnetrol致力于同轴探杆的大规模推广，具有同轴探杆生产的规模优势，给电力行业用户带来了高性价比的产品。此外，Magnetrol专利的AURORA系列液位计，将磁翻板和导波雷达液位计集成为一体，提供了重要应用场合的现场和远传测量，减少了过程接口数量，避免了潜在泄露点，提高了使用维护的便利性。
调频连续波80G 雷达物位计采用调频连续波（FMCW ）技术。天线发射高频的调频雷达信号，雷达信号的频率线性增加。发射的雷达信号经被测量介质反射后由同一天线接收。在同一时刻，发射信号频率与接收信号频率的频率差与被测距离成正比。采集到的频率差信号，经傅里叶变换（FFT ）得到反射回波的频谱，并以此计算得出待测目标的距离。
80G 雷达相对于26G 或6G 雷达具有频率更高，波长更短，波束角更小，能量更加集中的特点；加上FMCW 技术的应用，使其具有以下特点:1. 量程大，盲区小；2. 波束角小，天线尺寸小，便于安装。受罐体接管尺寸、障碍物影响小；3. 测量精度高，抗干扰能力强，性高。
天线发射微波时，都有一定的发射角。从天线下缘到被测介质表面之间，发射的微波波束所辐射的区域内，不得有障碍物，安装时应尽可能避开罐内设施，如:人梯、限位开关、加热设备、支架等。必要时，须进行“虚假回波学”。另外须注意微波波束不得与加料料流相交。 安装仪表时还要注意:高料位不得进入测量盲区；仪表距罐壁保持一定的距离；仪表的安装尽可能使天线的发射方向与被测介质表面垂直。 安装在防爆区域内的仪表遵守国家防爆危险区的安装规定。本质型防爆仪表的外壳材料采用塑料PBT/ 铝ADC12；本安+ 隔爆型防爆仪表的外壳材料采用铝ADC12。防爆型仪表可安装在有防爆要求的场合，仪表接大地。
应 用: 液体适合强腐蚀性液体蒸汽 、泡沫技术:测 量 范 围: 0~30m测 量 精 度: ±2mm 过 程 温 度: (-40~130)℃，(-40~200)℃过 程 压 力: -0.1~2.5MPa频 率: 80 GHz信 号 输 出: (4~20)mA/HART；RS485/MODBUS协议电 源: 24VDC/220VAC现场显示/按键: 可选外 壳: 塑料PBT、铝ADC12、316L天 线 类 型: DS/DQ/ES/EQ..天 线 材 料: 316L+PTFE/316L+PFA..安 装 形 式: 法兰 .防 护 等 级: P67/IP66........※ 注 1. 外壳选B，防护等级为IP66; 外壳选A/D，防护等级为IP67. 2. 天线尺寸分别为DN50 和DN80，测量精度均为±2mm；
应 用: 液体适合强腐蚀性/ 耐压液体技术:测 量 范 围: 0~10m/0~30m/0~120m测 量 精 度: ±2mm/±5mm 过 程 温 度: (-40~130)℃/(-40~200)℃过 程 压 力: (-0.1~0.1)MPa( 适合耐腐蚀液体) (-0.1~2.5)MPa( 适合耐压液体)频 率: 80 GHz信 号 输 出: (4~20)mA/HART；RS485/MODBUS协议电 源: 24VDC/220VAC现场显示/按键: 可选外 壳: 塑料PBT、铝ADC12、316L天 线 类 型: DS/DQ/ES/EQ..天 线 材 料: 316L+PTFE/316L+PFA..安 装 形 式: 螺纹.防 护 等 级: IP67/IP66........※ 注 1. 外壳选B，防护等级为IP66; 外壳选A/D，防护等级为IP67. 2. 天线直径为 21mm 时 , 仪表量程 0~ 10m, 测量精度 ±2mm; 天线直径为 43mm, 仪表量程0~30m, 测量精度 ±2mm; 天线直径为 76/65mm 时 , 仪表量程 0~120m, 测量精度 ±5mm
应 用: 液体, 卫生级技术:测 量 范 围: 0~30m测 量 精 度: ±2mm 过 程 温 度: (-40~130)℃过 程 压 力: (-0.1~1)MPa 频 率: 80 GHz信 号 输 出: (4~20)mA/HART；RS485/MODBUS协议电 源: 24VDC/220VAC现场显示/按键: 可选外 壳: B/A/D/K天 线 类 型: KW/KQ天 线 材 料: 316L+PTFE/316L+PFA..安 装 形 式: 2"卡盘/ 3½" 卡盘防 护 等 级: IP67/IP66※ 注 1. 外壳选B，防护等级为IP66; 外壳选A/D/K，防护等级为IP67. 2. 天线尺寸分别为DN50 和DN80，测量精度均为±2mm；
应 用: 固体/ 液 存储容器/ 过程容器或强粉尘场合技术:测 量 范 围: 120m测 量 精 度: ±5mm 过 程 温 度: (-40~200)℃过 程 压 力: (-0.1~0.3)MPa 频 率: 80 GHz信 号 输 出: (4~20)mA/HART；RS485/MODBUS协议电 源: 24VDC/220VAC现场显示/按键: 可选外 壳: B/A/D天 线 类 型: MW/NW/RW/HG/JG天 线 材 料: 铝衬塑料+PP/316L+PTFE/316L+PTFE 带散热..安 装 形 式: 法兰/ 螺纹/ 吊架防 护 等 级: IP67/IP66※ 注 1. 外壳选B，防护等级为IP66; 外壳选A/D，防护等级为IP67. 2. 天线直径为76/65mm 时，仪表量程0~120m，测量精度±5mm.
5301HA1P1N4AM00150RANAM1C1导波雷达液位计生产
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。
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。
雷达物位计是一种微波物位计，它是微波(雷达)定位技术的一种运用。它是通过一个可以发射能量波(一般为脉冲信号)的装置发射能量波，能量波在波导管中传输，能量波遇到障碍物反射，反射的能量波由波导管传输至接收装置，再由接收装置接收反射信号。雷达物位计根据测量能量波运动过程的时间差来确定物位变化情况。由电子装置对微波信号进行处理，终转化成与物位相关的电信号。能量辐射水平低，雷达物位计该设备使用能量波的是脉冲能量波(频率一般比智能雷达物位计低)。一般脉冲能量波的脉冲能量为1mW左右(平均功率为1μW左右)，不会对其他设备以及人员造成辐射伤害。 一、雷达物位计特点 1、通用性强:雷达物位计可用于连续测量液体及固体粉料、粒料及液体的物位；并可应用于腐蚀、冲击等恶劣场合；可向系统提供HART、4…20Ma、PROFIBUS-PA、基金会现场总线等信号接口； 2、防挂料:的电路设计和传感器结构，使其测量可以不受传感器挂料影响，无需定期清洁，避免误测量。 3、免维护:雷达物位计测量过程无可动部件，不存在机械部件损坏问题，无须维护。 4、抗干扰:接触式测量，抗干扰能力强，可克服蒸汽、泡沫及搅拌对测量的影响。 5、准确:测量量多样化，使测量更加准确，测量不受环境变化影响，稳定性高，使用寿命长。 另外:探杆和探缆可更换；HART或PROFIBUS-PA通信协议及基金会现场总线协议，标定简便、通过数字液晶显示轻松实现现场标定操作，雷达物位计通过软件实现简单的组态设定和编程 二、雷达物位计输入 传感器接收反射的微波脉冲并将其传给电子线路，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，精度可达到毫米级。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 三、雷达物位计输出 雷达物位计通过输入空罐高度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。 四、雷达物位计注意事项 测量范围从波束触及罐低的那一点开始计算，但在情况下，若罐低为凹型或锥形，当物位低于此点时无法进行测量。 若介质为低介电常数当其处于低液位时，罐低可见，此时为测量精度，建议将零点定在低高度为C的位置。 理论上测量达到天线的位置是可能的，但是考虑到腐蚀及粘附的影响，测量范围的终值应距离天线的至少100mm。 对于过溢保护，雷达物位计可定义一段距离附加在盲区上。 小测量范围与天线有关。 雷达物位计随浓度不同，泡沫既可以吸收微波，又可以将其反射，但在一定的条件下是可以进行测量的。
5301HA1P1N4AM00150RANAM1C1导波雷达液位计生产
产品简介
雷达物位计 FB8310雷达物位计
产品概述
FB8310系列传感器是***的雷达式物位测量仪表，测量距离***大35米,可以用于存储罐、中间缓冲罐或过程容器的物位测量，输出4～20mA模拟信号。
应用
采用***的非接触式测量
采用其稳定的材料制造
测量液体、固体介质的物位
可以测量介电常数＞1.8的介质
测量范围0～20m(可以扩展到35米)
采用两线制、回路供电的技术，供电电压和输出信号通过一根两芯电缆传输
4～20mA输出或数字型信号输出
分辨率1mm
不受噪音、蒸汽、粉尘、真空等工况影响
不受介质密度、粘稠度和温度的变化的影响
过程压力可达40bar
过程温度可达250℃
安装规范与测量精度保障
传感器安装应避开进料口，小盲区为0.3-0.5m（视型号而定）。喇叭天线与罐壁距离＞200mm，倾斜度＜3°以确保波束垂直。某溶剂储罐实测显示，5°安装倾斜会导致1%的满量程误差。导波雷达的探杆需保持垂直，每米弯曲度＜1mm。电子水平仪集成设计可实时显示安装角度偏差，辅助调校精度达0.1°。定期校准建议采用靶板法，在空罐状态下验参考距离误差应＜0.05%FS。