AVI-DRT01雷达物位计公司
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。
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1、曲其森 2014年11月9日,导波雷达液位计基本介绍,塔北项目部开发作业部,汇 报 提 纲,一、设备概述,规格型号:TRD33-IBFPSMAVB-L3600 技术参数: 电源:24VDC 输出信号:4-20mA 环境温度:-40-70 工作压力:0-4MPa 通讯接口:HART通讯协议 生产厂家:中环天仪股份有限公司,罗斯蒙特导波雷达液位计是一种智能型液位计，由于其设计合理且适应性强而被广泛应用于炼油化工企业。这种液位计有多种规格形式，主要分为导波杆式、缆绳式两种,一、设备概述,杆式和缆式的区别,汇 报 提 纲,二、结构及工作原理,导波杆长1000mm（即表头法兰距导波杆末端的距离），正压取
2、压口距离导波杆末端100mm，正压取压口距离负压取压口600mm，负压取压口距离表头法兰300mm,1、基本结构,二、结构及工作原理,2、工作原理,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，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,二、结构及工作原理,2、工作原理,即电磁波由雷达液位变送器天线发射，通过导波体向下传递，到达被测介质表面反射后，再被变送器天线接收。电磁波从发射到接收的时间与到达物位的距离成正比，其关系如下: D=CT/2 式中: D天线到液位的距离； C电磁波传播速度； T电磁波运行时间。 因空罐的距离E已知，则液位L为:L=E-D,汇 报 提 纲,三、设备使用的优缺点,汇 报 提 纲,四、运行维护重点注意事项,检查灌顶雷达液位计的油位满高设定值与PLC程序中液位设定值是否一致； 要检查雷达液位计自身显示是否有问题，通过计算，如果核对油罐即时液位值所输出的即时电流值不准确，就说明雷达液位计本身是存在问题的，就要对其进行其他内部参数设定进行深层次的检查； 检查信号传输线是否有问题,汇 报 提 纲,五、常见故障判断及处理措施,汇报结束， 敬请各位领导批评指导
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。
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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）
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，天线积灰。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。
参数: 工作频率:100MHZ-1.8GHZ
测量范围:缆式:0-30m；杆式、双杆式、同轴管式: 0-6m;
重复性:±2mm
分辨率:1mm
输出电流信号:4-20mA
:<0.1%
通讯接口: HART 通讯协议
过程连接: G11/2A螺纹
法兰DN50，DN80，DN100，DN150，DN200,DN250
过程压力: -0.1-2MPa
电源: 电源:24VDC(±10%),纹波电压:1Vpp
环境条件: 温度-40℃～+70℃
外壳防护等级: IP67
防爆等级: EXia IIC T6
两线制接线: 仪表供电和信号输出共用一根两芯屏蔽电缆线
电缆入口:2个M20*1.5或1/2NPT(电缆直径5--9mm)
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雷达物位计的构成
雷达物位计作为现代工业中常用的液位测量仪器，凭借其高精度和非接触式的特点，广泛应用于石油、化工、食品、制等行业。在这些行业中，雷达物位计主要用于对液体、粉末或颗粒等物料的测量。为了确保雷达物位计能够在不同的工况环境下稳定工作，了解其构成和工作原理显得尤为重要。本文将详细探讨雷达物位计的构成要素及其工作原理，以帮助读者地理解这一技术，并为相关行业的应用提供指导。
雷达物位计的核心部分包括发射器、接收器、天线以及信号处理单元。这些组成部分共同协作，完成物位测量任务。发射器负责产生高频的电磁波信号，通常是微波或毫米波，信号通过天线发射出去。当电磁波遇到物料表面时，会发生反射，反射回来的信号被接收器接收并传送到信号处理单元进行分析。通过计算发射信号与反射信号之间的时间差，雷达物位计能够计算出物料的高度或位置。
发射器（Transmitter）
发射器是雷达物位计的重要组成部分，通常利用微波技术生成频率稳定、功率适当的电磁波。发射器的设计能够适应不同环境下的电磁波传播要求，并确保信号在较远的距离内能够保持的强度。发射器的性能直接影响雷达物位计的测量精度和稳定性。
接收器（Receiver）
接收器用于捕捉反射回来的信号并进行放大处理。它的工作原理是根据反射信号的强度和到达时间来推算物料的表面位置。接收器的灵敏度和带宽宽度是影响测量精度和响应速度的关键因素。现代雷达物位计通常采用数字信号处理技术，提升了接收器的性能。
天线（Antenna）
天线用于将发射信号有效地传播到目标物体，并接收反射回来的信号。天线的设计直接影响雷达物位计的测量范围和分辨率。天线的类型可根据应用需求进行选择，常见的有波导天线、对向天线和螺旋天线等。
信号处理单元（Signal Processing Unit）
信号处理单元是雷达物位计的大脑，其主要功能是对接收到的信号进行处理、分析和计算。通过对反射信号与发射信号时间差的测量，信号处理单元能够计算出物料的物位，并输出对应的数字信号或模拟信号，以供其他设备进行处理或显示。
雷达物位计通过发射微波或毫米波信号，遇到物料表面时发生反射。这些反射信号会被接收器接收，并传递到信号处理单元。通过对比发射信号与反射信号的时间差，计算物料表面到仪器的距离。由于雷达波的传播速度是已知的，因此，通过测量信号的往返时间，雷达物位计可以准确地计算出物料的高度或位置。
与传统的机械式液位计相比，雷达物位计具有诸多优势。它能够在高温、高压、强腐蚀等复杂工况环境下稳定工作，且不受物料特性（如颜、气体或蒸汽等）的影响。雷达物位计还能够进行远程监控，方便集成到自动化系统中，提高了生产效率和性。
雷达物位计作为现代工业自动化测量的关键工具，其结构设计和工作原理决定了其在各种环境中的稳定性和精度。其发射器、接收器、天线以及信号处理单元的精密协作，使得雷达物位计在液位测量中发挥着不可替代的作用。在日常应用中，选择合适的雷达物位计产品，不仅需要了解其基本构成，还应根据不同的工业需求进行优化配置，从而达到佳的测量效果和系统性能。
德国E+H导波雷达液位计FMP52
FMP51 带涂层的探杆，适用于腐蚀性的介质的液位测量
应用
• FMP51 - Premium 仪表，用于液位测量和界面测量
• FMP52 - Premium 仪表，带涂层探头，用于腐蚀性液体的测量。接液部件采用
认和 USP Cl. VI 认材料
• FMP54 - Premium 仪表，主要用于高温和高压应用场合中的液体测量
• 较大量程:45 m (148 ft)
•
过程连接:3/4"螺纹，或法兰
•
温度范围:–196…+450 °C (–321…+842 °F)
•
压力范围:–1…400 bar (–14.5~5 800 psi)
•
提供下列系统集成接口:
– 4...20 mA HART (模拟量信号)
– PROFIBUS PA (Profile 3.02)
–
基金会现场总线(FF)
•
可以进行限位监控(低限(MIN)、高限(MAX)、量程范围内)，具有 SIL 2 (单台仪
表测量)或 SIL 3 (同构冗余测量)等级，
通过 TÜV 认，符合 IEC 61508 标
准
优势
•
测量:
–
存在波动液面和泡沫液面时
–
介质类型改变时
–
存在粉尘的应用场合中(仅适用于 FMP54)
•
适用范围广
•
内置数据储存单元
•
工厂预标定探头长度
•
全中文显示的直观菜单引导式操作方法
•
便捷地集成至控制系统或资产管理系统中
• 准确的仪表诊断和过程诊断，有助于发现问题
•
防爆认:ATEX、IEC Ex、CSA、FM、NEPSI
压力设备指令(PED) (仅适用于 FMP54)
3A 认(仅适用于 FMP52)
物位，流量，压力，水分析测量测控:德国E+H，德国VEGA，北京瑞普三元压力传感器， 美国EMA流量传感器， 公众平台:西安宏略贸易有限公司。 水分析:CPM223，CPM253，CM442，CPS11，CPS11D等；物位计:FMR10, FMU30. FMU40等；压力变送器:P31 PMP11，PMC11,PMC131 等现货。