CPR6800-XXTTT2HAMAX雷达料位计生产厂

　　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。

　　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。

　　导波雷达液位计

　　关键字:导波雷达液位计,液位计

　　HJRD32导波雷达液位计具有低维护，高性能、高精度、高性，使用寿命长等优点。在与电容，重锤等接触式仪表相比较，具有无可比拟的性。微波信号的传输不受大气的影响，所以它可以满足工艺过程中挥发性气体、高温、高压、蒸汽、真空及高粉尘等恶劣环境的要求。该产品适用于高温、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。

　　导波雷达液位计技术参数:

　　应    用:液体

　　测量范围:6米

　　过程连接:螺纹、法兰

　　过程温度:-40-250℃

　　过程压力:-0.1~2MPa

　　精    度:±3mm

　　频率范围: 100MHZ-1.8GHZ

　　防爆等级:Exib IIC T6 Gb

　　防护等级:IP67

　　信号输出:4—20mA/HART（两线）

　　导波雷达液位计特点说明:

　　特点:

　　1.可以测量介电常数大于等于1.4的介质。

　　2.一般用于测量粘度≤500cst而且不容易产生粘附的介质。

　　3.杆式雷达量程可以达到6米。

　　4.对蒸汽和泡沫有很强的抑制能力，测量不受影响。

　　5.对于介电常数比较小的液体物料可以采用双探杆式测量方式，以保障良好的准确测量精度。

　　测量原理

　　产品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。

　　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。

　　测量范围:

　　F---- 测量范围

　　E---- 空罐距离

　　B---- 顶部盲区

　　K---- 探头到罐壁的距离

　　顶部盲区是指物料高料面与测量参考点之间的小距离。

　　底部盲区是指缆绳底部附近无法测量的一段距离。

　　顶部盲区和底部盲区之间是有效测量距离。

　　安装位置:

　　1.尽量远离出料口和进料口。

　　2.对金属罐和塑料罐，在整个量程范围内不碰壁。如果是金属罐，物位仪表不要安装在罐的。

　　3.建议安装在料仓直径的1/4处。

　　4.缆式探头或杆式探头离罐壁距离不小于30厘米。

　　5.探头底部距罐底大约30mm。

　　6.探头距罐内障碍物距离不小于200mm。

　　7.如果容器底部是锥型的，传感器可以安装

　　8.罐顶，这样可以一直测量到罐底。

　　导波雷达液位计安装图:

　　图一（安装指南）

　　图二（导波管）

　　导波雷达液位计选型表:

　　仪表型号 探头类型 量程 材质

　　HJRD32   杆式探头 6000mm   不锈钢

　　HJRD32-防爆

　　P 标准型 ( 非防爆 )

　　I 本安型 (Exib Ⅱ C T6)

　　D 本安型＋隔爆型 (Exd ib Ⅱ C T6)

　　HJRD32-杆式探头

　　A 6mm

　　B 10mm

　　HJRD32-过程连接/材料

　　G G1½"A  螺纹/不锈钢

　　GA G1"A  螺纹/不锈钢

　　N 1½"NPT 螺纹/不锈钢

　　NA 1"NPT 螺纹/不锈钢

　　C 法兰 DN50 PN16 C 型

　　D 法兰 DN80 PN16 C 型

　　E 法兰 DN100 PN16 C 型

　　F 法兰 DN150 PN16 C 型

　　H 法兰 DN200 PN16 C 型

　　K 法兰 DN250 PN16 C 型

　　Y 约定

　　HJRD32-密封温度

　　P 普通密封 /-40...100℃

　　G 高温密封 /-40...250℃带散热片

　　HJRD32-电子单元

　　2 （4 ～ 20）mA /24V DC 两线制

　　3 （4 ～ 20）mA /24V DC/HART 两线制

　　4 （4 ～ 20）mA /24V DC/HART 四线制

　　5 （4 ～ 20）mA /220V AC/HART 四线制

　　HJRD32-外壳/防护等级/天线防护等级

　　P 塑料 /IP65

　　L 铝 /IP67

　　HJRD32-电缆接口

　　M M20*1.5

　　N ½"NPT

　　HJRD32-编程/显示

　　V 带

　　X 不带

　　HJRD32-量程（mm）

　　备注:

　　相关信息

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　　使用导波雷达液位计要注意几个事情。

　　1.液体会不会挂料很厚，或者结晶。

　　如果只是像菜油那样挂料，在缆绳上有几个毫米的厚度，不会影响测量。如果是有几个厘米的挂料厚度，会影响测量，形成一个虚假反射目标。

　　如果液体因为温度变化会结晶，要注意结晶厚度，在缆绳上几个毫米的结晶不影响测量，结晶厚了，也会形成一个虚假反射目标。

　　2.有搅拌吗？

　　如果是搅拌，因为搅拌所带来的旋转力，会将缆绳拉向螺旋桨，就是杆式导波雷达，时间长了，杆子也会被旋转力拉弯。在这样环境下不建议用导波雷达，如果一定要用，请加导波管，把导波雷达放在导波管内测量。避免搅拌产生的影响。

　　3.罐子高度是不是很低。

　　如果是高度1米-1.5米这样的小罐子，那就不要选水滴形天线高频雷达，也不要选低频雷达。要选用导波雷达中的同轴导波雷达，用DN50-DN100的法兰连接，能够解决小罐子里面雷达盲区对测量的影响。

　　导波雷达液位计在工业生产中经常被用到，因其的性能被大众所接受，它有维护成本低、检测性能强、测量精度*、性高、使用年限长等优点。设备的所发射出的信号不受环境、大气等影响，所以可在多种介质中使用，比如高温、高压、蒸汽状态、挥发性气体、粉尘、真空环境等。

　　多种条件下使用导波雷达液位计反馈上来的使用数据得出，可连续供电作业*度高，相比其他液位计不用经常人为维护。今天笔者要和大家分享的是如何在锅炉中使用导波雷达液位计，锅炉内高温、高压需要利用液位计测量内部的液位情况来其。利用导波雷达液位计可解决、读数准确、维护简单几种解决的问题。

　　在某些锅炉上，每台锅炉安装至少需要安装两个相互独立的水位表，所以每台锅炉也需要配置两个导波雷达液位计。这样才可以符合锅炉运行的要求。导波雷达液位计需要利用石英管来观察炉中的液位变化，但连接管道和阀门需要打开，来提高检测*度。安装的时候需要探头、传感器的干燥清洁，如果发生污染不可以用湿毛巾擦拭，需用酒精去污。

　　虽然许多城市还没有关于锅炉液位计的标准规定，但至少需要安装一个直观的液位计，并搭配安装观测的导波雷达液位计。如果是大型复杂的锅炉成套设备还需要重新设计规划导波雷达液位计，根据设计图来安装。

　　一般情况下锅炉用的导波雷达液位计有这几种故障:

　　2.探头、传感器故障，遇到这种情况就需要重新调整设备的高度，检测几组数据之后确定位置。

　　3.天线等受污染或外力损坏。受污染的天线可以用酒精清洗。外力损坏的就需要更换配件，重新调试后使用。

　　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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　　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。