705-510A-110/7MS-A578-120导波雷达物位计生产厂
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。
工作频率100MHZ～1.8GHZ测量范围杆式、双杆式:0～6m重 复 性±3mm分 辨 率1mm采 样回波采样55次/s响应速度>0.2S（根据具体使用情况而定）输出信号4～20mA精 度0.2S(根据具体使用情况而定)
输出信号:4-20mA
精度:±3mm
通讯接口:HART 通讯协议
过程连接:G1"A、G1½"A螺纹；法兰DN50，DN80，DN100 ，DN150，DN200，DN250
过程压力:-0.1-2MPa
电源:24VDC(±10%)；纹波电压:1Vpp
耗电量:大22.5mA
环境条件:温度-40℃～+70℃
外壳防护等级:导波雷达防护等级为IP67
防爆等级:EXib IIC T6
电缆入口:2个M20×1.5或1/2"NPT(电缆直径5-9mm)
测量距离:下表列出不同类别被测介质与测量距离的关系
分组
固体颗粒
液体
测量范围
1
1.4…16
冷凝气，如N2CO2
2
1.6…19
塑料带粒子
白灰石，特种水泥
糖
液化气，如丙烷
溶剂
氟利昂12/氟利昂
棕榈油
25m
3
1.9…25
普通水泥，石膏
矿物油，燃料
30m
4
2.5…4
谷物，种子
石头
砂粒
苯，苯乙烯，甲苯
呋喃
萘
30m
5
4…7
潮湿的石头、矿石
盐
氯苯，氯仿
纤维素喷雾
异氰盐酸，本胺
30m
6
>7
金属粉末
碳黑
煤炭
含水液体
酒精
液氨
30m
导波雷达物位计接线图
导波雷达物位计调试
昌晖仪表制造有限公司YR-RD30系列导波雷达可以通过以下方法调试:
1、通过调试软件YR-SOFT
通过YR-SOFT软件调试雷达传感器都可以通过软件进行调试。采用软件进行调试，需要一个仪表CONNECTCAT驱动器。
使用软件调试时需给雷达仪表提供24VDC，同时在连接HART适配器前端加一个250欧姆的电阻。如果一体式HART电阻（内部自带电阻250欧姆）的供电仪表，就不需要附加外部电阻，这时候HART适配器可以和4-20mA线并联。
2、通过HART手持编程器
3、通过显示调整模块YR-PM
编程器订货后出厂已安装在导波雷达上。编程器由4个按键和一个液晶显示屏组成，可以显示调整菜单和参数设置。
YR-RD30系列导波雷达按结构形式和应用场合的不同，分为YR-RD31、YR-RD32、YR-RD33、YR-RD34、YR-RD35和YR-RD36六个大类，用户选用导波雷达时应认真填写导波雷达物位计参数表》，昌晖仪表制造有限公司可以根据您提供的详细参数，为您选配佳测量效果的导波雷达产品。
1、缆式导波雷达选型
YR-RD31□□□□□□□□-□ 大量程30米，液体、固体粉料测量
防爆
P
I
D
标准型（非防爆）
本安型（Exib ⅡC T6）
本安型＋隔爆型（Exd ib ⅡC T6）
传感器/缆式探头
A
B
C
液体型/4mm
固体型（10m内）/6mm
固体型（10m-30m）/6mm
过程连接/材料
G
GA
N
NA
C
D
E
F
H
K
Y
G1½"A螺纹/不锈钢
G1"A螺纹/不锈钢
1½"NPT螺纹/不锈钢
1"NPT螺纹/不锈钢
法兰DN50 PN16 C型
法兰DN80 PN16 C型
法兰DN100 PN16 C型
法兰DN150 PN16 C型
法兰DN200 PN16 C型
法兰DN250 PN16 C型
约定
密封温度
P
G
普通密封/-40...100℃
高温密封/-40...250℃带散热片
电子单元
2
3
4
5
4-20mA /24VDC两线制
4-20mA /24VDC/HART两线制
4-20mA /24VDC/HART四线制
4-20mA /220VAC/HART四线制
外壳/防护等级/天线防护等级
P
L
塑料/IP65
铝/IP67
电缆接口
M
N
M20×1.5
1/2"NPT
编程/显示
V
X
带显示
不带显示
量程
2、杆式导波雷达选型
YR-RD32□□□□□□□□-□ 大量程6米，液体液位测量
防爆
P
I
D
标准型（非防爆）
本安型（Exib ⅡC T6）
本安型＋隔爆型（Exd ib ⅡC T6）
杆式探头 直径
A B
6mm
10mm
过程连接/材料
G
GA
N
NA
C
D
E
F
H
K
Y
G1½"A螺纹/不锈钢
G1"A螺纹/不锈钢
1½"NPT螺纹/不锈钢
1"NPT螺纹/不锈钢
法兰DN50 PN16 C型
法兰DN80 PN16 C型
法兰DN100 PN16 C型
法兰DN150 PN16 C型
法兰DN200 PN16 C型
法兰DN250 PN16 C型
约定
密封温度
P
G
普通密封/-40...100℃
高温密封/-40...250℃带散热片
电子单元
2
3
4
5
4-20mA /24VDC两线制
4-20mA /24VDC/HART两线制
4-20mA /24VDC/HART四线制
4-20mA /220VAC/HART四线制
外壳/防护等级/天线防护等级
P
L
塑料/IP65
铝/IP67
电缆接口
M
N
M20×1.5
1/2"NPT
编程/显示
V
X
带显示
不带显示
量程
3、双缆式导波雷达选型
YR-RD33□□□□□□□□-□
大量程30米，液体、固体粉末测量
防爆
P
I
D
标准型（非防爆）
本安型（Exib ⅡC T6）
本安型＋隔爆型（Exd ib ⅡC T6）
过程连接/材料
D
E
F
H
K
Y
法兰DN80 PN16 C型
法兰DN100 PN16 C型
法兰DN150 PN16 C型
法兰DN200 PN16 C型
法兰DN250 PN16 C型
约定
密封温度
P
G
普通密封/-40...100℃
高温密封/-40...250℃带散热片
电子单元
2
3
4
5
4-20mA /24VDC两线制
4-20mA /24VDC/HART两线制
4-20mA /24VDC/HART四线制
4-20mA /220VAC/HART四线制
外壳/防护等级/天线防护等级
P
L
塑料/IP65
铝/IP67
电缆接口
M
N
M20×1.5
1/2"NPT
编程/显示
V
X
带显示
不带显示
量程
4、杆式（高温型）导波雷达选型
YR-RD34□□□□□□□□-□ 大量程6米，液体、蒸汽测量
防爆
P
I
D
标准型（非防爆）
本安型（Exib ⅡC T6）
本安型＋隔爆型（Exd ib ⅡC T6）
杆式探头
A B
6mm
10mm
过程连接/材料
G
N
C
D
E
F
H
K
Y
G1½"A螺纹/不锈钢
1½"NPT螺纹/不锈钢
法兰DN50 PN16 C型
法兰DN80 PN16 C型
法兰DN100 PN16 C型
法兰DN150 PN16 C型
法兰DN200 PN16 C型
法兰DN250 PN16 C型
约定
密封温度
G
高温密封/-40...400℃带散热片
电子单元
2
3
4
5
4-20mA /24VDC两线制
4-20mA /24VDC/HART两线制
4-20mA /24VDC/HART四线制
4-20mA /220VAC/HART四线制
外壳/防护等级/天线防护等级
P
L
塑料/IP65
铝/IP67
电缆接口
M
N
M20×1.5
1/2"NPT
编程/显示
V
X
带显示
不带显示
量程
5、防腐型导波雷达选型
YR-RD35□□□□□□□□-□ 量程6-20米，腐蚀性液体测量
防爆
P
I
D
标准型（非防爆）
本安型（Exib ⅡC T6）
本安型＋隔爆型（Exd ib ⅡC T6）
防腐探头
A
B
10mm
14mm
过程连接/材料
C
D
E
F
H
K
Y
法兰DN50 PN16 C型
法兰DN80 PN16 C型
法兰DN100 PN16 C型
法兰DN150 PN16 C型
法兰DN200 PN16 C型
法兰DN250 PN16 C型
约定
密封温度
P
普通密封/-40...120℃
电子单元
2
3
4
5
4-20mA /24VDC两线制
4-20mA /24VDC/HART两线制
4-20mA /24VDC/HART四线制
4-20mA /220VAC/HART四线制
外壳/防护等级/天线防护等级
P
塑料/IP65
电缆接口
M
N
M20×1.5
1/2"NPT
编程/显示
V
X
带显示
不带显示
量程
6、同轴杆式导波雷达选型
YR-RD36□□□□□□□□-□ 大量程6米，介电常数低、表面波动液体测量
防爆
P
I
D
标准型（非防爆）
本安型（Exib ⅡC T6）
本安型＋隔爆型（Exd ib ⅡC T6）
传感器/缆式探头
A B
25mm
50mm
过程连接/材料
GA
NA
C
D
E
F
H
K
Y
G1"A螺纹/不锈钢
1"NPT螺纹/不锈钢
法兰DN50 PN16 C型
法兰DN80 PN16 C型
法兰DN100 PN16 C型
法兰DN150 PN16 C型
法兰DN200 PN16 C型
法兰DN250 PN16 C型
约定
密封温度
P
G
普通密封/-40...100℃
高温密封/-40...250℃带散热片
电子单元
2
3
4
5
4-20mA /24VDC两线制
4-20mA /24VDC/HART两线制
4-20mA /24VDC/HART四线制
4-20mA /220VAC/HART四线制
外壳/防护等级/天线防护等级
P
L
塑料/IP65
铝/IP67
电缆接口
M
N
M20×1.5
1/2"NPT
编程/显示
V
X
带显示
不带显示
量程
导波雷达物位计尺寸
1、外壳材质:铝合金
2、不同型号导波雷达尺寸
导波雷达物位计参数表
客户信息
单位:-------------
邮编:-------------
E-mail:-----------
日期:××年××月××日
□ 标准型（非防爆）；□ 本安型（Exib IIB T5）；□ 本安型（Exib IIC T6）；□ 本安型+船用（Exib IIC T6）；□ 本安型+隔爆型（Exd [ib] IIC T6）
罐/容器信息
储罐类型:
□ 储罐
□ 储罐结构:------------
□ 罐尺寸:--------------
□ 反应罐；
□ 罐体材质:------------
□ 罐高度:----------m
□ 分离罐
□ 压力:------------
□ 罐直径:-------------
□ 船用储罐
罐顶:□ 拱顶式；□ 平顶式；□ 敞口式
罐底:□ 锥底；□ 平底；□ 斜坡底
安装:□ 顶部安装 ；□ 侧面安装；□ 旁通管；□ 导波管安装
罐顶安装接管(重要信息)
接管高度:------------mm
接管直径:------------mm
测量介质
介质名称:-----------；□ 液体；□ 固体；□ 混合介质
介质温度:-----------℃
介电常数:-----------
挂料:□ 是；□ 否
搅拌:□ 是；□ 否
过程连接
螺纹:□ G1½"A；□ 1½"NPT；□ G2"A；□ G1"A；□ 1"NPT
法兰:□ 法兰 DN= ------；□ 法兰 ANSI=------------
电源:□ 24VDC；□ 220VAC
输出:□ 4-20mA；□ HART；□ PROFIBUS PA
显示:□ 带表头显示；□ 不带表头显示
705-510A-110/7MS-A578-120导波雷达物位计生产厂
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。
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。
测量范围:30m
测量精度:±10mm
过程温度:-40～150℃
过程压强:-0.1～1.6MPa
频率:6.3GHz
信号输出:（4～20）mA/HART
电源:两线制:（DC24V） 四线制:（DC24V/AC220V）
705-510A-110/7MS-A578-120导波雷达物位计生产厂
通信协议与系统集成能力
标准4-20mA+HART输出兼容传统DCS系统，PROFIBUS PA/FF总线支持多设备级联。无线HART版本采用2.4GHz频段，单节点功耗＜20mW，电池寿命达5年。某智能工厂项目通过OPC UA接口实现传感器数据直连MES系统，采样周期缩短至100ms。IO-Link 1.1版本支持参数远程配置，调试时间从4小时压缩至15分钟。云端接入的物位数据可用于预测库存周转，精度达0.1m³。