5408A1SHA1I51R4AACAA4M5C1Q4Q8雷达物位计价格低的

　　技术发展趋势与创新方向

　　79-81GHz频段开放使角分辨率提升至0.5°，可识别小型障碍物。MIMO技术通过4×4天线阵列实现三维物位成像，实验室精度达±1mm。太赫兹雷达（300GHz）正在研发，适用于纳米粉体测量。AI驱动的自适应滤波算法能自动优化回波处理参数，调试时间缩短90%。数字孪生技术实现虚拟传感器校准，预测剩余寿命准确率＞95%。2025年将普及的5G工业物联网（IIoT）版本，支持毫秒级刷新率与云端协同控制。

　　近期有很多小伙伴想要购买导波雷达料位计，他提出什么是导波雷达料位计以及其优点有哪些。那么今天我就向大家来简单地讲一讲，什么是导波雷达料位计以及其优点有哪些。

　　导波雷达料位计是一款利用雷达原理来进行工作的流量测量仪表，它具有低维护、性高、使用寿命长等优点。另外它还有一个优点就是它可以在高温高压以及恶劣的环境下使用，可以根据不同的料位进行连续的测量。

　　德国E+H导波雷达液位计FMP52

　　FMP51  带涂层的探杆，适用于腐蚀性的介质的液位测量

　　应用

　　• FMP51 - Premium 仪表，用于液位测量和界面测量

　　• FMP52 - Premium 仪表，带涂层探头，用于腐蚀性液体的测量。接液部件采用

　　认和 USP Cl. VI 认材料

　　• FMP54 - Premium 仪表，主要用于高温和高压应用场合中的液体测量

　　• 较大量程:45 m (148 ft)

　　•

　　过程连接:3/4"螺纹，或法兰

　　•

　　温度范围:–196…+450 °C (–321…+842 °F)

　　•

　　压力范围:–1…400 bar (–14.5~5 800 psi)

　　•

　　提供下列系统集成接口:

　　– 4...20 mA HART (模拟量信号)

　　– PROFIBUS PA (Profile 3.02)

　　–

　　基金会现场总线(FF)

　　•

　　可以进行限位监控(低限(MIN)、高限(MAX)、量程范围内)，具有 SIL 2 (单台仪

　　表测量)或 SIL 3 (同构冗余测量)等级，

　　通过 TÜV 认，符合 IEC 61508 标

　　准

　　优势

　　•

　　测量:

　　–

　　存在波动液面和泡沫液面时

　　–

　　介质类型改变时

　　–

　　存在粉尘的应用场合中(仅适用于 FMP54)

　　•

　　适用范围广

　　•

　　内置数据储存单元

　　•

　　工厂预标定探头长度

　　•

　　全中文显示的直观菜单引导式操作方法

　　•

　　便捷地集成至控制系统或资产管理系统中

　　• 准确的仪表诊断和过程诊断，有助于发现问题

　　•

　　防爆认:ATEX、IEC Ex、CSA、FM、NEPSI

　　压力设备指令(PED) (仅适用于 FMP54)

　　3A 认(仅适用于 FMP52)

　　物位，流量，压力，水分析测量测控:德国E+H，德国VEGA，北京瑞普三元压力传感器， 美国EMA流量传感器， 公众平台:西安宏略贸易有限公司。 水分析:CPM223，CPM253，CM442，CPS11，CPS11D等；物位计:FMR10, FMU30. FMU40等；压力变送器:P31  PMP11，PMC11,PMC131 等现货。

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　　雷达的发展是从上个世纪80年代开始的，上zui早做雷达的代表公司是:vega（脉冲雷达），saab（调频雷达）。Vega为低端雷达，技术角度讲，属于脉冲雷达。其发射原理比较简单，即:发送一个高频脉冲（6.3GHZ），微波遇到介质后被反射回来，微波传播速度为光速，与温度无关，计算出传播时间就计算出了距离；但是，由于其靠时间来计算数值的，就需要对事件到几十ps（1ps= 10^-12s,即:相当于将一秒分成10^1210的12次方份）。L=T传播时间 ＊ C光速/2 （公式一）推出:△L= △t ＊ C 光速 （公式二）其中------C=3＊10^5Km = 3＊10^8m=3＊10^11mm△t = △L/ C （公式三）我们假设测量精度为5mm，那么:△t=5/（3＊10^11）=16.666 ps目前记录时间zui高精度为50ps，芯片价格一般在200~500元一片。以时间50ps计算，其测量误差:△L= △t ＊ C=15mm。也就是说，脉冲雷达如果仅仅靠时间来处理数据，zui高精度为15mm。Vega雷达早在上个世纪80年代就已经出产，而高精度时间记录芯片是2002年才面世，所以，早期脉冲雷达大都采用时间拓展的方法来进行时间的准确测量纪录，外加多次测量求平均的办法。不管如何采用拓展时间以及平均发求值，其zui终精度要达到5~10mm，都具有一定的不合实际。早在2005年前，Vega雷达在国内占据80~85%的市场，主要源于其在国内大量宣传，以及国内无相应的雷达产品，自2004年后，脉冲雷达国内相继出现了3~5家生产厂家，vega雷达市场正被国内雷达厂家追步替代。而，saab为1999年进入国内市场，比vega晚6，7年时间，其进入国内市场后，一直定位在产品领域，仅仅面向石油、化工行业。目前，国内石油、化工在02年以前所采用的雷达，基本99%为saab雷达。Saab雷达价格昂贵，普通雷达价格在3~4万，精度稍高点雷达（调频雷达）价格在8~10万元。调频雷达原理为，发送连续信号（例如:信号频段从6~7GZH，8~9GZH等），对接收到的连续信号进行FFT变化，对信号进行锁相跟踪，来计算两个信号的时间差。调频连续波雷达FMCW，能够获取很高的精度，其精度主要取决于温飘（晶振的温度补偿），以及芯片的FFT计算速度，采用温补晶振，一般能够达到精度±1mm。目前调频连续波（FMCW）雷达，国内在2001年已经具备了这种技术。由于调频连续波雷达需要进行多方面的测试、试验，如:EMC认试验、温度试验等。直到2003年底，国内调频连续波雷达才正式推出。调频连续波雷达的基本处理方式雷同。由于国内调频雷达是2000年后才开始研发的，所以，在选择芯片的速度，器件的选型，都比SAAB更加具备优势，通过简单的对温度补偿能够做到±1mm内，利用波导管进行测量，精度能够做到±0.3mm。如果采用速度更快的cpu以及搭建一些设备，做到精度±0.1mm是容易实现的。目前，雷达物位计，随着国内厂家技术实力的不断壮大，正逐步取代国外雷达市场。脉冲雷达方面，国内除个别生产厂家无技术人员进行辅助处理工况外，够与vega雷达相媲美。调频连续波（FMCW）雷达，除在现场安装、雷达壳体设计方面，我们仍需要借鉴国外厂家的经验外；在各数，工况处理种性能参方面，我们的雷达产品都比SAAB强；我们在借鉴国外雷达优点的基础，采用军用技术生产了具有自主产权的调频雷达，我们将以zui的服务面向客户。

　　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。

　　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。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。

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　　导波雷达液位计是依据时域反射原理（TDR）为基础的雷达液位计，采用高频振荡器作为电磁脉冲发生体，发射电磁脉冲，沿导波缆或导波杆向下传播，当遇到被测介质表面时，雷达液位计的部分电磁脉冲被反射回来，形成回波。并沿相同路径返回到脉冲发射装置，通过测量发射波与反射波的运行时间，经 t=2d/c 公式，计算得出液位高度。

　　根据图（a）所示，导波雷达液位计发射电磁脉冲时，在通过导波缆顶部的时候，由于距发射端较近，会产生一个虚假回波，可通过滤除虚假回波，来消除干扰。电磁脉冲沿导波缆向下传播时，当信号到达被测介质表面时，回波一部分会被反射，并在回波曲线上产生一个阶跃性变化。另外一部分信号仍然会继续向下传播，直到损耗在不断发射中。液位计通过检测出液位回波和顶部发射回波之间的时间差，根据这个时间差，经过智能化信号处理器，进行计算就可以得到液位的高度。

　　从图（b）可以看出，在空罐的时候，没有液位就不会检测到液位回波信号，但是顶部虚假回波同样会存在，电磁脉冲传输到导波缆的底部，罐底会产生一个回波。假如罐体内有两种不相溶的介质，由于密度不同，两种介质会分为上下两层。如果且这两种介质的介电常数相差大，那么就可以通过回波信号的不同来判断两种介质的界面，进而计算出两种介质的高度以及界面的高度。由于电磁脉冲是通过导波缆向下传播，信号衰减比较小，因而可以测量低介电常数的介质。一般情况下被测介质的相对介电常数越大，反射回来的脉冲信号就越强。也就更容易区分出虚假回波。更容易得到真实液位。比如水比甲醇更容易测量。

　　介质的相对介电常数是表征介质化的一个物理量，它是由介质本身的属性决定的。因此，介质不同，相对介电常数也不同。被测介质的介电常数大小直接影响高频脉冲信号的反射率。当电磁脉冲到达介质表面时，电磁波会发生反射和折射。相对介电常数越大，则反射的损耗越小，相反相对介电常数越小，则发射的损耗越大，信号衰减的越严重。当被测介质的电导率大于10mS/cm，则会反射回来，即回波信号越强。由于过小的相对介电常数会导致信号度衰减。因而每一种导波雷达液位计都具有一项小相对介电常数，确保雷达液位计能够正常使用。不同公司的导波雷达液位计在结构设计上不同，对小相对介电常数的要求也不同。