雷达液位计\TEF200-PGB300/5JS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。
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。
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
雷达液位计\TEF200-PGB300/5JS厂
技术参数
测 量 范 围: 杆式探头0-35m，杆式探头0-6m，同轴杆式探头0-6m
连 接 过 程: 螺纹、法兰
过 程 温 度: 杆式探头、杆式探头-40℃…160℃，同轴杆式探头-40℃…350℃
过 程 压 力: 杆式探头、杆式探头-1.0…40bar，同轴杆式探头-1.0…60bar
精 度: 杆式探头、杆式探头±3mm，同轴杆式探头±1mm
防爆防护等级: EXiaIICT6/ IP68
信 号 输 出: 4-20mA/HART(两线) Profibus PA
导波雷达液位计测量原理
接触式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。传感器发射出脉冲并沿缆式或杆式传导，当脉冲波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。
导波雷达液位计输入
反射的脉冲信号沿缆式或杆式传至仪表电子线路部分，微处理器对信号进行处理，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
导波雷达液位计输出
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。
导波式雷达液位计采用了100MHz～1.8GHz的发射频率，不锈钢包四氟杆式探头，安装方式四氟翻边法兰。测量对象为腐蚀性液体，大量程为四氟杆6米、四氟杆25米。
导波式雷达液位计是我公司生产的采用微波技术来检测料位的高科技产品，该仪表充分利用了微波具有很好穿透性、对恶劣环境及被测物料适应性强等特点，采用世界上先*的大规模集成电路，将雷达原理、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、精度高等特点。
一、工作原理:
导波雷达液位计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被测介质的距离成正比。从而计算出探测组件顶部被测介质表面的距离，被测容器总高度是已知数，进一步可得出介质的物位高度。
二、主要特点:
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*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。
三、技术参数:
1.测量对象:腐蚀性液体
2.测量范围: 杆式6m、缆式25米；
3.过程连接:法兰DN50，DN80，DN100，DN150；
4.介质温度:-40～120℃；
5.过程压力: -0.1～2.0MPa；
6.工作频率: 100MHz～1.8GHz；
7.测量精度: ±10mm；
8.分辨率: 1mm；
9.采样: 回波采样54次/s；
10.输出电流信号:4～20mA+ HART通讯协议；
11.电源: 24VDC(±10%)纹波电压:1Vpp；
12.耗电量: max22.5mA ；
13.外壳防护等级:IP68；
14.防爆等级:EXiaIICT6 ；
15.两线制接线:仪表供电和信号输出共用一根两芯电缆；
16.电缆入口:M20×1.5(电缆直径5～9mm)。
雷达液位计\TEF200-PGB300/5JS厂
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。