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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。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。

　　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。

　　雷达物位计原本是叫作微波物位计的，只是大家都惯了它的俗称雷达物位计，雷达是英文Radio Detection and Raging（无线电探测与测距）首字母的缩写。本篇文章小编主要来给大家讲讲雷达物位计的用途以及它的工作原理是怎样的。

　　首先，我们来看看雷达物位计的用途吧，雷达物位计采用微波脉冲测量方式，在工业频段可以正常使用，波束能量低。可安装在各种金属、非金属容器或管道中，可测量液体、泥浆、颗粒状物料的液位。进行非接触式连续测量。适用于粉尘、温度和压力变化较大，存在惰性气体和蒸汽的场合。雷达液位计对人体和环境无害，不受介质比重的影响，不受介电常数变化的影响，不需要现场校准。不论是对工业需要，还是对顾客经济实惠的考虑，对于这两者而言都是不错的选择。

　　雷达物位计的工作原理如下:微波物位计工作方式类似雷达，向被测目标发射微波，由目标反射的回波返回发射器被接收，与发射波进行比较，确定目标存在并计算出发射器到目标的距离。

　　科威勒拥有多年流量计研发经验。 拥有业内优秀、经验的技术人员，注重产品的优良品质，注重售后服务，以用户使用产品0风险为己任。公司主要经营:天然气流量计，污水流量计，磁翻板液位计，压缩空气流量计，蒸汽流量计，柴油流量计，涡街流量计，涡轮流量计，电磁流量计，椭圆齿轮流量计，金属管浮子流量计；压力仪表:压力表，压力变送器，差压变送器等；温度仪表:热电偶，热电阻；液位计仪表:磁翻板液位计，投入式液位计等系列产品，生产的仪表多广泛应用于石油、化工、冶金、电力、供热、供水等领域的过程控制和测量。

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　　概述

　　蒸汽汽包是石油化工，发电等工业过程中的重要设备，保持液位稳定是汽包运行的重要条件。带气象补偿的导波雷达液位计克服了差压液位计，浮筒液位计，电接点液位计的缺点，维护量小，测量准确。

　　汽包液位测量的现状

　　目前，从汽包液位测量的基本原来来看，广泛使用的主要是基于连通器式和压差式两种原理。汽包液位测量的仪表主要有差压液位计，浮筒液位计和导波雷达液位计等仪表。

　　1. 差压汽包液位计。差压式汽包液位计测量原理是通过吧液位高度的变化转化成差压的变化来测量液位计，这种转换是通过平衡容器形成残币水柱实现的，其准确测量液位计的关键是液位与差压之间的准确转换。差压汽包液位计的有点事精度和稳定性高，运行中故障率低，维护量小，但这种测量方式的误差与汽包压力和参比水煮温度有关，需要进行汽包夜里校准，且补偿计算复杂，此外还应考虑平衡容器温度变化造成的影响。

　　2. 浮筒液位计。浮筒液位计是基于浮力原理工作的。当液位计在0位时，扭力管受到浮筒中立产生的扭力矩大，扭力管转角处于0°。当液位逐渐上升至高时，扭力管受到浮力产生扭力矩，转过一个角度，变送器将该角度转换成4~20MA直流信号，该信号正比于被测量液位。这种测量方式介质的密度变化会对测量精度造成影响，受到机械振动也会造成读数不准确。

　　3. 电接点液位计。电接点液位计属于连通管液位计，原理是利用在锅炉水肿的电对筒体阻抗小而在蒸汽中的电对筒体的阻抗大的特性来测量液位。高压锅炉的锅炉水电导率一般要比饱和蒸汽的电导率大数万到数十万倍，因而电接点街违纪指示值受气包压力变化的影响较小，能方便的远传液位信号。但是有取样传感器性差，电机机械密封易泄露，电使用寿命短，指示不连续，维护量大的缺点。

　　综上所述，由于汽包液位测量对象的复杂性，实际运行中的不确定因素和较大的测量误差，导致汽包液位计的测量常有较大的偏差。导波雷达液位计测量是一种的测量技术，克服了差压式，浮筒式，电接点等液位测量仪表的缺点，满足汽包液位测量的需求。

　　导波雷达液位计测量原理及特点

　　1. 测量原理。导波雷达液位计是依据反射原理为基础的雷达液位计，电磁脉冲信号以光速沿钢缆传播，当遇到被测介质时，雷达液位计的部分脉冲被反射形成回波并沿相同路径返回到脉冲发射装置，发射装置与被测介质表面的距离同脉冲在其间的传播时间成正比，经计算得出液位高度。

　　2. 特点。导波雷达液位计的优点是信号稳定，测量不受液体密度和电气特性影响，测量，测量与调校方便，安装成本低且维护方便。

　　3. 导波雷达液位计的选型及安装要求

　　选型。导波雷达液位计是靠传感器发射电磁波，因此传感器的选择是导波雷达液位计选型的重要部分。导波雷达液位计的传感器有杆式，揽式和同轴式三种类型。通常选用杆式传感器。当测量范围较大时，由于运输和安装不变，建议采用揽式传感器。

　　安装。导波雷达液位计的安装需考虑安装要求，容器特性和过程连接等因素。主要安装方式有以下两种:顶装或者侧装。

　　导波雷达液位计两种安装方式安装时应注意:安装时要导波雷达与关闭需要由适当的距离;避免仪表传感器下方有明显障碍物，阻碍雷达波顺利达到被测介质表面;不要将导波杆安装在进料口附近;传感器与设备底部要有一定距离，不能接触到罐底。

　　4. 气相补偿技术(GPC)。在高温高压条件下，电磁波信号在介质上方的蒸汽中的传播速度会降低，此时雷达测量的液位值将减小。选用带气相补偿的导波雷达，通过气相补偿功能队测量值进行补偿，可以得到一个准确的实际液位值。

　　导波雷达液位计在汽包液位计测量案例

　　在某锅炉装置的汽包上，汽包是产汽系统的主要部分，利用转化炉烟气段的高温热量和炉出口转化气高温余热，产出10.5MPA高压蒸汽，一部分作为工艺上的配汽参与反应，另一部分外送至高压蒸汽管网，实现设能的综合利用，提高装置的运行效率。由于汽包对于锅炉装置的重要性，测量汽包液位先后共使用了三种测量仪表:差压式液位计，普通导波雷达液位计，带GPC功能导波雷达液位计。由下图可知，通过实际测量，在高温时，普通导波雷达误差高达18%，带GPC时，测量误差仅为2%，带GPC功能导波雷达液位计在高温下测量数据比较稳定，真实。

　　三种仪表测量数据比较

　　总结

　　带GPC功能导波雷达液位计在测量高温高压的环境中，各项性能明显优于其他类型的液位计，不受工艺条件的线制，维护量小，性能。是在汽包液位测量的不二之选。

　　在现代工业生产中，液位测量是一项的任务。无论是石油、化工、食品加工，还是水处理等行业，都需要准确、地测量液位，以确保生产过程的正常运行。而雷达导波液位计，就是为此而生的一种高科技测量设备。

　　一、雷达导波液位计的工作原理

　　雷达导波液位计是一种利用微波技术进行液位测量的设备。其工作原理是:通过发射微波信号，当微波信号遇到液面时，会被反射回来。雷达导波液位计接收到反射回来的信号后，通过计算信号的传播时间，就可以准确地计算出液位的高度。

　　二、雷达导波液位计的特点

　　1.高精度:雷达导波液位计的测量精度高，误差通常在±2mm以内，甚至可以达到±1mm。

　　2.非接触测量:雷达导波液位计是通过发射和接收微波信号进行测量的，因此，它不需要与被测液体接触，可以避免因接触液体而产生的腐蚀、污染等问题。

　　3.适用性强:雷达导波液位计可以应用于各种液体的测量，包括腐蚀性、粘稠性、高温、高压等液体。

　　4.安装方便:雷达导波液位计的结构简单，安装方便，可以在各种复杂的环境中使用。

　　三、雷达导波液位计的应用

　　雷达导波液位计广泛应用于石油、化工、食品加工、水处理等行业。例如，在石油行业，它可以用于测量油罐的液位，以控制石油的开采和运输；在化工行业，它可以用于测量各种化学液体的液位，以化学反应的正常进行；在食品加工行业，它可以用于测量食品加工过程中的各种液体的液位，以食品的质量和；在水处理行业，它可以用于测量水的液位，以控制水处理过程。

　　总结，雷达导波液位计是一种高精度、非接触、适用性强、安装方便的液位测量设备。它的出现，大地提高了液位测量的准确性和效率，为现代工业生产提供了强大的技术支持。

　　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。

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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。

　　原  理

　　导波雷达发出的高频微波脉冲沿着探测组件（钢缆或钢棒）传播，遇到被测介质，由于介电常数突变，引起反射，一部分脉冲能量被反射回来。发射脉冲与反射脉冲的时间间隔与到被测介质的距离成正比。

　　容器中存在两种不同介质，当上面一层的介质介电常数较小，而下面的介质介电常数较大时，高频微波脉冲沿着探测组件传播遇到上层介质时，由于其介电常数较小，因而有少的能量被这一层介面反射，而大部分能量穿透上层介质继续向下传播，遇到两层的介面时，由于下层介质的介电常数较大，因而会有较大的能量被反射回来。因而导波雷达是可以测量两种不同介质的介面，其测量条件是上层介质不导电或其介电常数比下层介质介电常数小10以上。

　　特  点

　　由于采用了的微波处理器和*的EchoDiscovery回波处理技术，导波雷达物位计可以应用于各种复杂工况。

　　多种过程连接方式及探测组件的型式，使得CDGW系列导波雷达物位计适用于各种复杂工况。如:高温、高压及小介电常数介质等。

　　采用脉冲工作方式，导波雷达物位计发射功率低，可安装于各种金属、非金属容器内，对人体及环境均无伤害。

　　技术参数

　　应用:液体测量,高温高压工况,复杂过程条件

　　zui大量程: 缆:30m/棒:6m

　　测量精度:±10mm

　　过程连接:G1½A/G2A/1½NPT

　　探测组件材料:不锈钢316L/陶瓷

　　钢缆/棒直径:￠6mm/￠10mm

　　过程温度:-200～400℃

　　过程压力:真空～400bar

　　信号输出:两线制4～20mA/HART

　　安装要求

　　在整个量程内确保缆或棒不要接触到内部障碍物，因此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。另外须注意缆或棒不得怀加料料流相交。

　　安装仪表时还要注意:zui高料位不得进入测量盲区；仪表跑罐壁保持一定的距离；仪表的安装尽可能使缆或棒方向怀被测介质表面垂直。

　　安装在防潮区域内的仪表遵守国家防爆危险区的安装规定。本安型的外壳采用铝壳。本安型仪表可安装在有防爆要求的场合，仪表接大地。

　　测量盲区

　　从测量的基准面向下的一段区域内缆或棒zui低部位无法测量的一段区域内是导波雷达物位计的测量盲区。

　　选型指南

　　CDGW540高温高压型

　　P

　　标准型（非防爆）

　　I

　　本安型（ Exia ⅡC T6）(只可选用铝外壳)

　　探测组件形式/材料/过程温度

　　A

　　缆式/￠6mm/不锈钢316L/陶瓷/-200～＋400℃

　　B

　　棒式/￠10mm/不锈钢316L/陶瓷/-200～＋400℃

　　过程连接

　　GP

　　螺纹G1½A

　　KP

　　螺纹G2A

　　NP

　　螺纹1½NPT

　　外壳/防护等级

　　S

　　塑料/IP66

　　A

　　铝/IP66

　　电缆进线

　　M

　　M20＊1.5

　　N

　　1½NPT

　　现场显示

　　A

　　带

　　X

　　不带

　　编程器

　　B

　　带

　　X

　　不带

　　zui大量程

　　A

　　缆:30m

　　B

　　棒:6m