WD-FMEWF-102B导波雷达物位计厂
液体测量的特殊应用方案
对于易结晶介质，传感器配备PTFE天线罩防止结垢，同时保持ε＞1.4的介电常数要求。强腐蚀性液体测量采用全密封316L不锈钢外壳，耐98%浓硫酸腐蚀。某化工厂测量发烟硫酸（ε=110）时，通过调整回波阈值使信号强度稳定在-70dBm以上。最新导波雷达技术利用探杆引导电磁波，可穿透泡沫层检测真实液位。小型储罐（＜3m）推荐使用5°窄波束天线，避免罐壁反射干扰。
目前，海上平台常用的液位测量仪表主要有导波雷达液位计、喇叭口雷达液位计等几种测量方法。每种测量方法价格差异较大，且都有一定的适用范围和条件。其中一些仪表虽然本身适用粘度范围有限，但是经过处理或者设计后，也可以获得更广泛的适用粘度范围，从而避免了选择价格更高的测量仪表。通过对海上平台常用液位测量仪表进行详细研究，通过合理化选型，一方面实现了佳的测量效果，另一方面有效地减少了工程投资。
1、导波雷达液位计
导波雷达也称时域反射或微功率脉冲雷达，安装在储罐或旁通管的顶部，有杆式和缆式两种形式，考虑到受罐顶安装空间的限制，海洋平台一般选用导波缆配重锤的形式。低能脉冲微波以光速沿导波杆/缆向下发送，在导波杆/缆与液位（空气/液体界面）的交点处，有相当大比例的微波能量通过导波杆/缆反射回变送器，变送器对发射信号和接收的回波信号之间的时间差进行测量，然后板载微处理器利用公式:距离=（光速×时间差）/2，即可实现对液面上方高度进行计算，从而得出罐内液位值。
导波雷达液位计通过在导波杆/缆上进行涂层处理，通过软件滤除油膜覆盖造成的干扰的方式，部分产品可以实现8000cp及以内粘度范围总液位的测量。在粘度较大工况下，不建议使用导波管进行限位。
优点:对波动较大介质的测量更稳定，不受介电常数高低的限制，信号相对稳定。
缺点:安装维护不太方便，有时需要在罐体加装导波管。
2、喇叭口雷达液位计
喇叭口雷达液位计是利用超高频电磁波经天线向被探测容器的液面照射，当电磁波碰到液面后反射回来，仪表检测出发射波及回波的时差，从而计算出液面高度。由于喇叭口雷达天线与被测介质互不接触，所以可以有效避免高粘工况对测量的影响，理论上不受介质粘度的影响。
优点:精度较高，采用非接触式测量，不受介质粘度的限制，体积较小，安装方便。
缺点:天线容易沾上测量介质、结晶或水蒸气，需要进行定期检查和清理。为避免漂浮物影响测量结果，需要在罐体加装导波管。
技术发展趋势与方向
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。
雷达物位计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或杆式探头传播，当脉冲遇到物料表面时发射回来被仪表内的接 收器接收，并将距离信号转化成物位信号。
雷达物位计产品有诸多特点，例如:通用性强，可测量液位及料位，可满足不同温度、压力、介质的测量要求，高测量温度可达800℃，大压力可达5MPa，并可应用于腐蚀、冲击等恶劣场合。
免维护:雷达物位计测量过程无可动部件，不存在机械部件损坏问题，无须维护。
抗干扰:接触式测量，抗干扰能力强，可克服蒸汽、泡沫及搅拌对测量的影响。
准确:雷达物位计测量量多样化，使测量更加准确，测量不受环境变化影响，稳定性高，使用寿命长。
防挂料:雷达物位计的电路设计和传感器结构，使其测量可以不受传感器挂料影响，无需定期清洁，避免误测量。
雷达物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，雷达物位计的部分脉冲被反射形成回波并沿相同路经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。
在化工、油气、食品等行业中，经常需要测量不同液体之间的分界面的高度，从而控制反应过程、原料储量等。
MTS传感器部门生产的Level Plus系列液位计采用MTS的Temposonics®磁致伸缩传感技术，配合特定密度的磁性浮子，可对不同液体的分界面高度进行测量。
市场上测量液体分界面高度的产品群雄逐，招式各有千秋，小编将一一细数，看看哪种测量原理能拔得头筹！
一、射频导纳液位计（电容液位计）
射频导纳液位计的传感器是一根带特氟龙涂层的金属杆或者柔性金属缆，需要插入被测液体内。这样金属杆（缆）和容纳被测液体的金属罐壁之间就会产生电容，这个电容在射频电路（频率达到300Ghz）下被放大到测量的电导纳值。如果被测液体分层后形成上层油下称水的分层，那么会形成C1、C2和C3三个电容值。因为水的导电性能使C3的值大，则射频导纳液位计测量得到的电容值主要取决于C3的值。因此水位的高度就和C3的值几乎成正比例关系。
根据以上测量原理，射频导纳测量分界面的必要条件和限性:
1、 上层液体不能导电，如苯、碳氢化合物等;下层被测液体是导电液体，如普通水或者水溶液。
2、 对分界面测量精度要求不高。因为上层油的高度和被测罐体的形状等都会被测精度影响。
二、导波雷达液位计
导波雷达液位计的传感器也是金属杆或者金属缆插入被测液体内。液位计的电子头发射雷达波脉冲。雷达波脉冲会沿着金属杆或者金属缆朝向被测液体传播，当到达介电常数发生变化位置时会产生反射。液位计电子头计算发射雷达波脉冲和接受雷达波脉冲的时间差来确定被测液位的高度。如下图，如果被测液体上层油下称水，则雷达波分别在从空气进入油的时候、以及从油进入水的时候分别发生反射。
从导波雷达的测量原理可知其测量分界面的必要条件:
1、 雷达波发生反射的必要条件是介电常数发生变化。如果介电常数的变化很小的话，雷达波的反射信号也很小以至于无法测量。因此导波雷达测量分界面要求下层液体的介电常数比上层液体的要大得多。而介电常数的大小一般无法通过常规手段测量，而且介电常数大小很容易受到环境温度、电磁频率、罐内的化学反应等影响。这就决定了无法轻易判断导波雷达能否和应用环境相适应。
2、 为了保持雷达波穿过上层液体后还有的能量在分界面上还能产生反射，一般要求传感器是一个同轴结构。上图是导波雷达测量分界面的安装要求，左边是导波雷达的测量杆和测量筒是一个同轴结构，右图中导波雷达的测量杆安装在一个布满倒液孔的测量管内。同轴结构内外的分界面变化有时无法真正同步会导致测量误差。而且粘性较大的液体会粘连在同轴结构内干扰测量。
3、 如果要测量被测液体分界面知道上层液体的具体介电常数。因为雷达波穿过空气的速度是光速，而穿过上层液体的速度小于光速且和其介电常数成反比。因为介电常数不容易测量且善变，因此导波雷达很难测量分界面高度。
三、浮筒液位计
浮筒液位计测量分界面一般安装在罐体的侧面，把被测液体通过两个法兰口从被测罐引入测量筒内，同时测量通内还有一个浮子通过一些机械结构和电子头相连。通过测量浮子受到浮力的变化来感应测量筒内液体的平均密度，从而评估出被测分界面的高度（假定测量筒内只有两种液体）。浮筒液位计不要求被测液体的导电性和介电常数。
根据浮筒液位计的原理和内部结构，其测量分界面的必要条件和限:
1、 只能安装在被测罐体侧面，且测量筒内没有空气。
2、 为了测量的精度定期进行校准，因为浮子到电子头之间的力传输结构会随着时间而偏移设定。
3、 因为测量筒的狭小结构，被测液体中的固体或者粘性物质会使浮子卡在测量筒内，无法真正反映分界面高度。
四、双法兰液位计
双法兰液位计通过测量两个固定位置的压力差来反映两个位置之间的液体的平均密度从而间接测量分界面高度。双法兰液位计也是安装在罐体的侧面，但是不需要测量筒，因此解决了上面浮筒液位计内浮子容易卡死的问题。
双法兰液位计通过充油的毛细管把罐内的两个压力值传输到电子头部分。因此双法兰液位计的界面测量受到以下因素的影响:
1、 环境温度变化对毛细管内油压有明显影响，因此长的测量范围要长的毛细管，从而导致温度变化对测量精度也影响很大。
2、 两个法兰之间充满液体。
3、 毛细管充油需要的生产技术，因此测量范围对仪表价格影响很大。
4、 安装过程要毛细管不要受到外部机械冲击，毛细管受损或者油路堵塞。
五、终篇 - 磁致伸缩液位计
磁致伸缩液位计通过测量浮在分界面上的磁性浮子的位置来测量分界面的高度。MTS生产的Level Plus系列液位计可以实现测量误差控制在1毫米以内，大的测量范围可以达到22米。磁致伸缩液位计的测量不依赖于液体的导电性、介电常数等物理参数，只是基于不同液体的密度差。密度差和相互不溶解是形成分界面的必要条件。
Level Plus系列
磁致伸缩液位计只要选择好特定浮子的密度，安装后不需要定期的维护和标定就能液位计的长期性和性。
磁致伸缩液位计的应用限性在于不能用于操作粘度很高的液体（建议粘度小于400厘泊）。高粘度液体容易把浮子粘在一个位置不变，导致磁致伸缩液位计测量到的浮子位置不能准确反映分界面高度。
Level Plus磁致伸缩液位计应用实例
1、 二硝基甲苯（DNT）和水的分界面
因为二硝基甲苯（DNT）相对于水的比重是1.52，因此在罐内是下层液体，因此无法使用射频导纳、导波雷达。而且因为现场的测量范围超过4米，因此无法使用浮筒液位计和双法兰液位计。通过使用Level Plus系列磁致伸缩液位计可以同时测量反应罐内的液位和分界面高度，从而对化学反应过程控制。
2、 液体白磷和水的分界面
白磷是生产磷酸类物质的基本原料。但是因为白磷在空气容易自然，而且有毒，因此一般都储存在具有水封的储存槽内。Level Plus液位计可以对水封下的白磷存量进行实时监控，同时水封的厚度白磷和空气接触。
3、 大型成品油罐
炼化工厂、燃料输送系统等都有一些成品油储罐、转运罐等，这些罐子高度都有15～20米高。因为有些成品燃油会吸收空气中的水分，导致很多罐底都有积水。MTS传感器生产的Level Plus液位计可以同时测量罐内成品油液位和油水分界面的高度，同时还可以根据液位计内部的罐容表来计算罐内容量，并且输出罐内的成品油温度。Level Plus液位计只通过罐上的一个测量孔，就可以同时输出液位、分界面高度、罐内容量和温度的测量结果，满足石油组织对成品燃油的交接计量要求。