AJ604-DP4AA1AM雷达物位计便宜的

　　固体散料测量的技术突破

　　低介电常数（ε＜2）粉料测量是行业难题，80GHz雷达传感器通过增强发射功率（＜20mW）和窄波束（＜4°）提升信号反射率。某电厂粉煤灰仓实测显示，传统26GHz雷达回波强度仅-90dBm，而80GHz型号达-65dBm。粉尘环境需配备0.3MPa压缩空气吹扫装置，防止天线积灰。最新多目标识别算法可区分下落物料与料位面，动态测量误差控制在0.5%FS以内。料仓倾斜时，三维建模技术能自动补偿斜面导致的测量偏差。

　　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。

　　导波雷达液位计适用特点:

　　首先，导波雷达液位计的度是很高的。因为导波雷达液位计采用的是雷达电磁波，它是不会受到周围环境的影响的，并且，导波雷达液位计与储蓄和介质是没有的接触的，所以即使在很恶劣的环境下，导波雷达液位计也能够准确的进行液位测量。

　　其次，导波雷达液位计的频率高并且性能很强。因为导波雷达液位计加大了测量距离和精度，并且它其中的天线和处理器也被优化处理了，所以它能够进行更高速率的信号分析，它的性能得到了很大的提升。

　　除此之外，导波雷达液位计的波束角是很小的，所以它散发出来的能量是很几种的，这样测量的数据就会更加的准确。并且与此同时，它还能够增强回波，这样就能够很好的避开干扰物，使用起导波雷达液位计来就更加的方便。

　　，导波雷达液位计的适用范围是很广的，它可以在球罐、卧罐、柱形罐等容器中很好的应用，并且它能测量的液体范围也是很广的，比如盐碱、硝酸、工业废水等等，或者是石灰、浆液等等，导波雷达液位计够的测量。

　　雷达物位计工作原理: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。

　　相关参数:工作电源:AC220V±10% 或 DC24V功耗: 5W 显示方式:光柱显示测量:≤±1% F·S传感器防护等级:IP65仪表工作环境温度: -40～45℃探工作（介质）温度: 普通型: -20～60℃中温型: -40～200℃ 高温型: -40～800℃介质压力: 压力型≤3MPa（其余型号为常压）传感器与二次仪表的连线及距离:距离 <200m，用直径1.5mm 以上的导线（是双绞线）连接，每条导线电阻应小于3 欧姆检测范围: ≤11000p报警输出方式:两组继电器常开、常闭触点，对应高、低两点输出，分别可选物位的 90%、80%、70% 和 30%、20%、10% ，出厂是置于80%和20%处。（触点容量AC250V，0.3A；DC28V,0.5A；电阻负载）变送输出:4～20mA二次仪表外型尺寸: 48（宽）× 96（高）× 112（深）二次仪表开孔尺寸: 43+1（宽）× 91+1（高）

　　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。

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　　雷达物位计是物位仪表一种常用产品类型，具有测量、性能稳定、性高、维护简便、适用范围广等优点。可安装于各种金属、非金属容器或管道内，对液体、浆料及颗粒料的物位进行测量，适用于粉尘、温度、压力变化大、有惰性气体及蒸汽存在的场合。那么，雷达物位计的种类和应用具体有哪些呢？

　　一、产品分类

　　按工作方式划分，雷达物位计可分为接触式雷达物位计和非接触式雷达物位计，具体如下:

　　1．非接触式（射空雷达） 雷达物位计

　　非接触式雷达物位计常用喇叭或杆式天线来发射与接收微波，仪表安装在料仓顶部，不与被测介质接触，微波在料仓上部空间传播与返回。

　　非接触式雷达物位计，按照微波的波形又可分为脉冲雷达物位计和调频连续波雷达物位计。

　　2．接触式雷达物位计

　　接触式雷达物位计一般采用金属波导体（杆或钢缆）来传导微波，仪表从仓顶安装，导波直达仓底，发射的微波沿波导体外部向下传播，在到达物料面时被反射，沿波导体返回发射器被接收。

　　这种可以通过导波线或导波杆直接接触所测物料来测量的接触式雷达物位计，主要是导波雷达物位计，根据其采用的金属波导体不同，又可进一步细分为:缆式（单/双）、杆式（单/双）和同轴导波雷达物位计。

　　相比接触式雷达物位计，非接触式雷达物位计具有安装简单、维护量少、使用方式灵活、不受仓内粉尘、温度等因素的影响等优点，是近年来发展快的一种测量仪器。

　　二、技术原理

　　1．脉冲雷达物位计

　　脉冲雷达物位计将发射微波脉冲，以光速（在空气中）传播，碰到被测介质表面（介电常数大于传播介质的介电常数），部分微波被反射回来（反射量取决于料面平整度/介电常数大小），被同一天线接收，介质的反射量（率）越大，信号就越强，越好测量；反射量（率）越小，信号就越弱，越容易受干扰。准确的识别发射脉冲与接收脉冲的时间间隔△t，从而进一步计算出天线到被测介质表面的距离D。

　　脉冲雷达原理图

　　2．调频连续波雷达物位计

　　FMCW雷达用24GHZ作为测量基频（载频），2GHZ为调节频宽, 整个扫描时间为7ms，完成一次线性扫描，信号发射后，经过一定的时间延迟后，接受到回波信号。在线性扫频中产生的时间差，将正比例液位距离，由于有许多反射波，将的回波时间进行傅立叶（FFT）变换，将时间信号转换成有一定能量的频谱，视频谱比较高和比较陡的信号为有用信号。

　　调频连续波雷达物位计原理图

　　3．导波雷达物位计

　　导波雷达发出高频微波脉冲沿着探测组件（钢索或者钢管）传播，当遇到被测介质时，由于介电常数突变，引起发射，一部分脉冲能量被发射回来。发射脉冲与反射回来的脉冲的时间间隔与被测介质的距离成正比。

　　三、应用区别

　　雷达物位计的应用范围很广泛，涵盖了电力、钢铁、冶金、水泥、石油化工、造纸、食品等领域，但是应用不同原理的雷达物位计，其解决的应用工况也各有不同。

　　脉冲雷达物位计一般可以用于大部分应用场合，主要针对圆柱形、35米以内罐体介质的液位测量；但对于球形罐或者带有搅拌功能的液体储罐，就需要使用导波雷达物位计进行测量；而针对大量程、粉尘较大的容器或储罐，就使用能量大、抗干扰能力强的调频连续波雷达物位计。

　　雷达物位计属于通用型雷达液位计，它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。探头发出高频脉冲在空间以光速传播，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。

　　测量方法:

　　雷达物位计是依据时域反射原理(TDR)为基础的雷达液位计，雷达液位计的部分脉冲被反射形成回波并沿相同路径返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，可定义一段雷达液位计距离附加在盲区上。小测量范围与天线有关。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。回到脉冲发射装置。

　　测量原理:

　　雷达物位计是依据时域反射原理(TDR)为基础的雷达液位计，雷达液位计的电磁脉冲以光速沿钢缆或探棒传播，当遇到被测介质表面时，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。

　　雷达物位计的维护:

　　雷达液位计主要由电子元件和天线构成，无可动部件，在使用中的故障少使用中偶尔遇到的问题是，贮槽中有些易挥发的有机物会在雷达液位计的喇叭口或天线上结晶，对它们只要定期检査和清理即可，维护量少。

　　在日常维护中，可以用PC机远程观察反射波曲线图，对于后来可能新产生的干扰波，可以利用液位计有识别虚假波的功能，除去这些干扰反射波的影响，准确测量。

　　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。

　　导波雷达液位计与其他雷达液位计相比，具有不同的工作原理，也有自己的优势和不足。用户尤其是采购人员了解这些信息，对于正确的选型重要。下面，就导波雷达液位计的原理和优缺点具体介绍如下。

　　一、导波雷达液位计的工作原理

　　导波雷达液位计的工作原理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式探头传播，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。

　　而普通雷达液位计的工作原理是发射—反射—接收。具体说来就是，雷达传感器的天线以波束的形式发射电磁波信号，发射波在被测物料表面产生反射，反射回来的回波信号仍由天线接收。发射及反射波束中的每一点都采用超声采样的方法进行采集。信号经智能处理器处理后得出介质与探头之间的距离，送终端显示器进行显示、报警、操作等。

　　二、导波雷达液位计的优缺点

　　1、导波雷达液位计的不足

　　（1）不适合用于测量腐蚀性和粘附性液体，也不适合用于食品等级要求较高的场合

　　从两种雷达液位计的不同工作原理，可知雷达液位计是非接触式测量，导波雷达液位计为接触式测量。所以，需要考虑介质的腐蚀性和粘附性，在食品等级要求较高的场合，也一般不用导波雷达液位计。

　　（2）导波雷达液位计的安装和维护不便

　　导波雷达液位计在测量时，过长的导波杆（缆）为安装和维护增加了不少困难。而且相比能够互换使用的普通雷达液位计，导波雷达液位计的导波杆（缆）的长度根据工况固定，一般不能互换使用。所以，一般来说，导波雷达液位计要比普通雷达液位计的选型和维护要繁琐的多。

　　（3）导波雷达液位计的测量距离受限

　　导波雷达液位计的测量距离不会很长，而普通雷达液位计在30~40m的罐体上应用比较常见，甚至可测到60m。

　　2、导波雷达液位计的优势:

　　（1）对波动较大介质的测量更稳定

　　在罐内有搅拌，介质波动较大的工况下，用底部固定的导波雷达液位计比普通雷达液位计更为稳定，优势也更为明显。

　　（2）更适于对小罐体内物料的测量

　　在测量小罐体内的物位时，由于安装测量空间小（或罐内干扰物较多），一般普通雷达的液位计不适用，而导波雷达液位计则不受限。

　　（3）导波雷达液位计不受介电常数高低的限制

　　普通雷达液位计和导波雷达液位计的测量原理都是基于介质介电常数的差别进行测量的，由于普通雷达液位计发射的波是发散的，当介质介电常数过低时，信号太弱测量就会不稳定，而导波雷达液位计发射的波是沿导波杆传播的，信号相对稳定。

　　此外，导波雷达液位计一般还有底部探测功能，可以根据底部回波信号的测量值加以修正，使信号更为稳定准确。雷达液位计的原理和应用

　　化工领域需满足ATEX/IECEx防爆认，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认的冗余传感器系统，平均无故障时间（MTBF）超过15年。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。