WOGA-RLM8263PCD2LMASL脉冲雷达物位计工厂

　　现场情况:介质:液化氨气，量程:10m，法兰:DN100，现场有磁翻板液位计现场显示。

　　分析:液化氨气属于易燃易爆介质，有毒，带腐蚀性，通常采用球形罐存储，压力约2.5Mpa，常温，介电常数小（1.6-1.9），一般带有导波测量管。

　　选型:导波雷达液位计，防爆，高压，标准DN100法兰

　　GDLD601-I41AMYNWL=10m

　　现场问题及原因分析:

　　问题1、现场磁翻板液位计与导波雷达物位计显示存在固定偏差40cm。

　　原因:如图:磁翻板液位计零点与导波雷达物位计零点不在同一个水平面，相差0.4m，选型时量程提供错误，应该选择10.4m。

　　解决:由于现场已生产，带压容器，不能将导波雷达物位计拆卸更改缆绳长度，只能将导波雷达

　　量程参数改为10.4m。更改后与磁翻板液位计除液位0.4m以下外显示一致。存在问题，容器内液氨液位降至0.4m以下后，导波雷达依然显示0.4m，不能归0。与使用厂家协商，可以接受。

　　问题2、现场仪表经常出现损坏现象。

　　原因:经检查，此罐为高压容器罐，压力约为2.5Mpa，由于导波雷达物位计的旁的其他仪表存在轻微渗露，导波雷达进线口没有拧紧，导致部分氨气进入电路板仓，腐蚀接线端子，致使仪表工作不正常。

　　解决:从新密封雷达旁边泄露仪表，拧紧导波雷达电气接口。

　　回声曲线图

　　结论:由于测量液化氨气存在高压、腐蚀、有毒、挥发、介电常数小等工况，但只要我们选型正确，由回声曲线图可知，可以满足现场高精度、测量的需求，而且通过应用该仪表，有效地降低了职工劳动强度，消除了事故隐患，为地面系统的平稳控制提供准确依据和数据。

　　测量原理   通过浸入过程介质的导波杆引导低功率、纳秒级微波脉冲，进行液位物位测量。当微波脉冲抵达具有不同介电常数的介质时，部分能量被反射回变送器。   变送器利用次反射的余波测量界面位置。在上层产品表面未被反射的部分微波继续向下直达下层产品表面然后也被反射回来。其波速取决于上层产品的介电常数。发射脉冲与反射脉冲之间的时间差被换算成距离，由此计算出总体液位或界面位置。反射强度取决于被测产品的介电常数。介电常数值越高，反射强度越大。

　　导波雷达技术的优势高度、的直接液位测量，无需对变化的过程条件（如密度、导电性、粘度、pH、温度和压力）进行补偿。无活动部件、无需重新标定，将维护工作减到少适用于蒸汽、粉尘、湍流和泡沫工况适用于几何形状复杂或存在干扰物的小型储罐，而且不受旁通管机械设计的影响由上而下的安装方式可大程度地降低泄漏风险

　　高度的应用灵活性

　　5300 系列的特性能更优，适用于更多应用；适用于大多数液体和固体的液位/物位应用，以及液体界面位置测量应用；实现多方面，其中包括过程容器、控制和，即使是具挑战性的应用场合也能妥善处理，十分；可广泛选择材料、过程连接件、导波杆类型和配件；通过多种选项，您可以找到适合现有旁通管的产品或带有罗斯蒙特 9901 高品质旁通管的完整组件；动态蒸汽补偿选项自动对蒸汽空间介电常数的变化进行补偿。

　　佳性能与正常运行时间的直接切换技术 (DST) 与导波杆末端探测 (PEP) 可提高测量能力和性；能够将单管导波杆用于长测量范围、障碍物和低介电常数场合，确保在更多应用（如粘性介质）中具有性；对于具有挑战性的应用场合（如塑料颗粒和易沸腾的烃类产品），导波杆末端探测提供备份功能；智能电流接口具有更稳定的微波和 EMI 性能，可使外部干扰造成的影响小。

　　设计坚固，性高无与伦比的重型导波杆解决方案具有多层保护，可用于端温度和端压力；回波逻辑和智能软件功能具有更佳的能力，可跟踪表面，检测整个容器的状况；防溢罐保护和集成系统 SIL3 适用性均经过第三方认；电子部件和电缆连接位于单独的隔室中，操作更，并且更能受潮；带有验反射器，可轻松验变送器，检测高液位条件；

　　技术规格液体和半液体液位，和/ 或液体/ 液体界面，或固体物位；5301 型用于液位或全浸没界面测量；5302 型用于液位和界面测量；5303 型用于固体物位测量；微波输出功率额定 300 μW，大 45 mW；湿度0 - 100％ 相对湿度；启动时间小于 40 秒；输出:两线制， 4—20 mA。将数字过程变量叠加在 4-20 mA 信号上，符合 HART 协议的主机都可调用。HART 信号可用于多站模式。

　　雷达料位计的工作原理与分类

　　雷达料位计通过发射6-80GHz的微波信号并接收回波来测量物料高度，分为脉冲波（量程30m）和调频连续波FMCW（精度±1mm）两种。26GHz设备适用于大多数工况，80GHz高频型号可检测介电常数低至1.4的物料。某化工厂应用显示，80GHz雷达测量ε=1.8的塑料颗粒时，信号强度比26GHz型号提升20dB。最新相控阵技术实现电子波束偏转，能自动避开仓内障碍物，安装灵活性提高40%。

　　导波雷达液位计是为液位测量和控制系统中应用而研发的雷达液位仪表，可以用于指示和控制液位，可以满足大多数情况的液位测量，测量准确度高，导波雷达液位计工作原理运用了时域反射与ETS等技术。液位计变送器模块可以发射特定频率的高频窄电磁波，该电磁波沿着传感器的导波杆或钢缆传播，当发射的电磁波遇到不同的介电常数的介质表面时，电磁波会被反射回来。通过等效时间采样技术将纳秒级的传导时间放大为毫秒级别的等效时间，再采用*目标识别等复杂的算法处理，并对存在的虚假回波进行有效抑制，从而实现了对液位的测量。

　　导波雷达液位计是一种采用直接接触的方式，将传感器导波杆或者钢缆浸入被测介质进行测量的液位仪表。液位计运用了时域反射原理，变送器模块部分产生一定频率的电磁信号沿导波传感器传播，遇到不同介电常数的介质时产生反射，单片机通过算法可以得到待测液位高度。因此，在用导波雷达液位计测量液位时，液位的变化会引起传感器特征阻抗改变。这种改变产生的反射信号通过电路采集进行捕捉后，加以处理从而得到所测的液位高度。

　　导波雷达液位计主要具有以下优点:

　　（1）液位计的电磁波沿同轴射频电缆和导波杆或者钢缆传导，衰减程度小，功耗低，电磁波能量集中，不易扩散，抗干扰能力很强，准确度可达±3mm。

　　（2）可以测量各种低介电常数的介质，介电常数的大小只影响回波幅度大小，对测量数据无影响。

　　（3）雾气、泡沫等引起的散杂信号对测量无影响。对于具有挥发性气体、泡沫、液位表面波动、挂料、结垢、沸腾、介电常数或密度经常变化的测量工况，都可以有效进行测量。

　　（4）测量不受介质密度、导电率和温度的影响，适用于高温高压工况下的测量。

　　（5）具有维护量小，现场调校方便，性能稳定、等优点。

　　罗斯蒙特导波雷达物位计 3302液位变送器用于液位测量和界面测量，为液体应用提供了具有成本效益的解决方案。工作温度:-40 至 150°C（-40 至302°F），工作压力:全真空至 580 psi（全真空至 40 bar）。ROSEMOUNT物位计 3302可配备多种探头，以适应大多数应用，如硬单线、分段单线、软单线、软双线等。通过发射脉冲和反射脉冲之间的时间差被转换成距离，计算总电平或界面电平。ROSEMOUNTVeriCase 是 3308 和 5300 罗斯蒙特液位变送器的移动验工具，具有 HART 和 Modbus通信。

　　ROSEMOUNT雷达物位计 TM 3300系列产品，功能多样，易于使用，可用于大多数储罐的液位监测应用，使用简单。带非导电表面和轻质金属的导波杆:可从变送器型号代码（例如，330xxxxx1xxxxxxxx）的第九个字符位置找到结构材料代码。不允许在有粉尘的易爆环境中使用含镁或锆超过7.5%的导波杆或法兰。除了更换整个变送器头或导波杆组件外，换用未经核准的部件或进行维修的行为都可能危害性，不得进行。罗斯蒙特液位计3300 系列是一种基于时域反射（TDR）原理的智能双线连续电平发射机。

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　　ROSEMOUNT差压变送器3051TG2A2B21AB4E5M5

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　　罗斯蒙特物位计3301HA1S1V3AM0370RAE1M1C1

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　　本公司主要代理经销欧洲、美国等厂家的工控机电设备、编码器、泵阀、液位计、传感器、流量计、变送器、分析仪、PLC、温度计等各种工控自动化产品和仪器仪表。公司以提供的服务为宗旨，与国内各企业建立广泛合作伙伴关系。

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　　ROSEMOUNT导波雷达物位计是由导波杆向下引导微波脉冲到达物料表面后，部分信号被反射回来，通过测量信号发射到接收的时间差得出物位高度。通过天线发射并接收能量少且短的微波脉冲信号，信号以光速运行，这种测量方式可以在工业频率波段内正常使用，可以安装在各种金属、非金属或者管道内，可测量物体十分广泛，如各类液体、浆液原料以及颗粒类物料，皆可进行非接触式的连续性测量，现场环境恶劣，工况相对复杂，存在各种形式的干扰，造成虚假回波的情况下，导波雷达物位计依旧可以准确的分析出物位的正确回波。在测量时应注意，理论上当发射的微波脉冲测量返回后到达天线的位置即可，综合考虑现场环境，被测物料是否会腐蚀或者粘附天线周围造成影响。

　　罗斯蒙特导波雷达物位计。通过标定只得到物位与时间之间关系的若干点数据，需要根据这些数据拟合或插值得到物位与时间之间的关系表达式才能实现物位的测量。针对导波雷达物位计测量不同相对介电常数的物料，基于MSP430F5418 单片机信号处理系统，采用二阶 Lagrange 插值法对真实回波的Z大峰值点进行修正，并运用多项式拟合或者一阶 Lagrange 插值对标定数据进行处理。水位测量实验结果表明，对 72.4cm长的导波杆，测量范围从 30~57 cm 拓宽到 20~72 cm，测量误差由 1.0 cm 减小到 0.5cm。喷漆挡板模拟物位界面实验结果表明，对 250cm 长的导波杆，测量范围可达从导波杆法兰下表面 20 cm位置处到导波杆末端，减小了测量盲区，且测量误差不大于 0.5 cm。

　　WOGA-RLM8263PCD2LMASL脉冲雷达物位计工厂

　　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(3×10八立方米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。我们把上部死区的较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(较低可测。

　　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。

　　1、应用:液体、固体颗粒2.测量范围:20米3.过程连接:螺纹、法兰4.介质温度:-40~250℃5.过程压力“-0.1~2MPa6.精度:±3mm7.频率范围:100MHz-1.8GHz8.防爆登记:Exia Ⅱ CT6 Ga Exd ia Ⅱ CT6 Gb9.防护登记:IP6710.信号输出:4…20mA/HART(两线）