ASSH76980雷达液位计|质量好的
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。
导波雷达液位计是接触式物位测量，采用时域反射技术（TDR）电子单元发射微波脉冲沿着导波杆（缆）传播，当接触被测介质时，产生反射信号由电子部件接收，计算发射到接收的间隔时间，转换为被测介质的距离。导波雷达液位计测量原理如图1所示。通过测量发射脉冲与反射脉冲的时间差，并通过以下公式即可计算出被测物质到仪表法兰的距离:2D=Ct （1）
式中:C为光速；T为发射脉冲与反射脉冲时间差；D为空间距离。
根据设定的满罐和空罐位置，通过以下公式即可计算出物料高度并输出4~20mA电流:
物料高度:L=E-D （2）
输出电流:Io=4+L×16/E （3）
式中:L为物料高度；E为量程。
导波雷达液位计适合测量液/液界面，如油水界面，油与水、油与酸、低介电的有机溶剂（甲苯、苯、环己烷、己烷、松节油和二甲苯）和水或酸。测量液/液界面应注意以下几点:
（1）介电常数较低的介质位于上部。
（2）两种液体的介电差异不低于10。
（3）上层介质的介电常数是已知的，该参数可在现场确定。
（4）上层介质的大厚度取决于其介电常数。
（5）上层介电常数下限＜3，下层介电常数上限＞20。
（6）可同时进行液位测量和界面测量。
导波雷达液位计可用在几何尺寸小的容器，也可用在旁通管和各种尺寸的储罐，适用于测量多种粉尘和谷物等。导波雷达液位计测量特性:
（1）无可活动机械部件，维护成本低。
（2）安装方便，支持罐顶安装或旁路管顶部安装。
（3）适用于液面、界面和粉末状或小颗粒状固料的物位测量。
（4）不受介质密度和pH值等物理参数变化的影响且无需进行补偿。
（5）适用于高温、低温、蒸汽和高压场合。
导波雷达液位计使用过程中微波沿导波管向下传导，尽量避免导波杆周围出现金属干扰或物料堆积的情况发生。导波雷达有的诊断功能，具有检测导波杆聚积物的能力。导波雷达液位计的结构由3个部件组成，即雷达变送器、过程密封件和导波杆。过程密封件和导波杆使得低能脉冲微波以光速沿其向下发送，在导波杆与物位（气/物、气/液或液/液界面）的交点通过导波杆被反射回雷达变送器。雷达变送器接收导波杆的测量信号，然后对这些信号进行处理并提供稳定的输出信号。
嘉可仪表JK系列雷达液位计种类，主要有缆绳式导波雷达液位计、杆式导波雷达液位计、喇叭口天线型雷达液位计、防腐四氟型雷达液位计、水滴型天线雷达液位计、卫生型平板雷达液位计、PFA桶天线雷达液位计、水利雷达液位计、高温型雷达液位计、高频雷达液位计、调频波FMCW型雷达液位计等。
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。
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文章结合导波雷达液位计在环己烷罐液位测量应用及故障处理实例，总结了导波雷达液位计维护经验工仪表供参考和借鉴。
设备简介及工艺生产状况
1、设备简介
昌晖导波雷达液位计由雷达变送器和导波探杆两部分构成，为两线制仪表。导波雷达变送器匹配的探杆形式有同轴杆式、防腐蚀护套杆式和单缆式三种。
导波雷达液位计的高频振荡器周期性发射低功率毫微秒级微波脉冲，通过浸入工艺介质的探杆引导雷达波脉冲向下传导，当雷达脉冲抵达具有不同介电常数的介质接触界面时，部分能量被反射回变送器。反射强度取决于被测产品的介电常数。介电常数越高，反射强度越大。根据发射脉冲(参考脉冲)与接受到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。计算公式为:L=C×t/2，公式中L为基准面到液面间的距离，单位为m；C为雷达波传递速度，单位为300000km/s；t为雷达波从发射到接收反射回波的时间间距，单位为s。
传感器接收到微波有固定回波、界面反射波及其他杂波。一般通过设置阈值参数、介电常数、灵敏度来屏蔽掉固定回波及杂波，从而测量的准确。导波雷达液位计为智能型仪表，带有HART通讯功能、回路测试功能及自诊断功能。
2、工艺生产状况
以醇酮装置罐体04LT2102导波雷达液位计为例 。04LT2102用于测量原料罐罐体液位，其测量值传递到DCS系统后，系统里的自动调节回路根据工艺条件的变化对罐体原料液位进行调节，目前大部分石化装置的罐体液位测量都采用导波雷达液位。
导波雷达液位计典型故障分析处理
故障一:参数设置错误，仪表出现问题
由于导波雷达液位计安装后不具备调试条件，售后服务人员采用“盲设定”方法(即不需要实际介质、根据仪表设计数据表的介质物理参数直接标定的方法)设置仪表参数，到醇酮装置水联运时，发现部分导波雷达液位计指示不准。
分析处理:按照经验，先检查导波雷达液位计参数设置。通过HART475与变送器通讯后查看参数设置情况，经过检查导波雷达液位计常用参数设置，发现该仪表参数设置错误，修正参数后观察一段时间后指示正常无误。
故障二:导波管上部憋压，导致管内页面不能上升
在现场共有5台导波雷达液位计在液位升到一定值后变化缓慢直到液位无变化，而现场确认容器内连续进料，现场磁翻板液位计液面仍在上升。
分析处理:首先检查确认导波雷达液位计的参数设置正常，排除仪表参数设置的故障问题。然后，检查仪表安装现场，仔细观察发现，导波雷达液位计为顶部安装，容器为常压，为了达到较好的使用效果，在容器内设计了DN80的导波管。在打开连接法兰时，发现液位计导波管内带压，此时液位变化正常。由此判断导波管上部憋压，导致液位上升到一定位置后不能再上升了。在水联运后确认判断正确，开气相补偿孔处理后液位计工作正常。
故障三:导波雷达液位计钢缆碰壁
在装置开工投料过程中，发现导波雷达液位计波动较大，在20%-65%之间跳变。再次确认导波雷达液位计参数设置正确。通过对一次表及传感器进行联校，参数指示正常，排除一次表及传感器的故障。
分析原因:
①出料泵P41105设计功率较大，在投料过程或装置进入状态时，出料泵回流量达到240m3/h左右，而导波雷达液位计为单缆式，造成导波缆绳摆动过大而碰壁。同时有导波缆绳下挂重锤配重太轻的可能。
②固定在容器内的DN80导波管过长，达9米，可能存在受力后弯曲，导致导波缆绳离管壁距离过近，容易碰壁。
处理措施:由于容器无现场液位计，装置生产需要，决定采用临时测量手段解决过程液位测量问题，采取在容器及所附设备上取静压的方式满足生产，如图1所示。考虑容器内密封氮气压力恒定，停车退料泵P41103在生产时不使用，在其出口处采用现场差压变送器表取压力，在DCS系统上显示液位，同时在现场YR-ER101差压变送器面板上交替显示液位与压力。等到装置停车改造时校正导波管，并增加导波管支撑，增加重锤配重后。再次开车确认导波雷达液位计工作正常。
图1 环己烷罐进出料工艺流程图
导波雷达液位计是一种适应性强，安装调试方便，维护工作量小的优秀智能仪表。可以广泛应用与石油化工生产的容器液位测量，其测量效果也是比较显著。在实际应用中，应该注重过程的维护，严格按照 《导波雷达液位计使用说明书》进行安装操作，以免引起重大事故的发生。
点击图片进入导波雷达液位计选型页面
导波雷达液位计维护经验
下面昌晖仪表总结几点维护经验仅供技术人员的参考:
1、反复了解工艺流程，联系DCS控制系统，准确设置导波雷达液位计参数。
2、熟悉导波雷达液位计本身的性能，了解其结构特征及现场使用的环境。
3、充分分析导波雷达液位计安装的实际工艺情况，区分是工艺的原因还是仪表本身的原因。
4、在现场处理时，将导波雷达液位计与同一罐体其他液位仪表进行分析比对，增加故障判断的依据，可以有效提高导波雷达液位计故障处理的速度和准确度。在没有其它液位仪表时，建议增设，比较重要的地方除了要求采取现场指示外还应该同时增加远传功能，如采用双法兰液位计或磁翻板液位计。
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NIVELCO 导波雷达液位计是测量液位的方法；导波雷达液位计测量不受罐体形状的影响；也不受介电常数、温度、压力与密度的影响；导波雷达液位计的测量长度可以灵活变更，无须标定；测量结果具有高、可重复性、高分辩率；NIVELCO导波雷达液位计的测量范围可达24米，适用的介质温度范围-50℃∽＋250℃，适用的压力范围40bar；导波雷达液位计有多种探头类型和材质可供选择；数字化显示可供选择。
导波雷达液位计的技术参数如下:
液体:量程小于15m时，±5m；量程大于15时，测量值5m±0.05%
温度飘移 0.01%/℃
重复性 2m
介质温度-50～250℃
法兰温度-30～200℃/-30～150℃爆型
环境温度-30～60℃/-30～5℃爆型
耐压 40bar
表头显示 LCD可选
标准输出 4～20mA/HART
故障诊断输出 2mA
供电 18～35VDC/小于28VDC爆型
外壳材料铸铝还氧涂层
护等级 NEMA（IP65）
爆 ATEX II 1G 或II 1/2 D T 100℃EEX ia II C T6.。。T3或EEX ia II B T6.。。T3
重量 2Kg（无探头）
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。
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导波雷达液位计常见问题解答/选安徽天缆电气有限公司
导波雷达液位计常见问题解答/选安徽天缆电气有限公司供应
有些工况下所使用的雷达料位计，因为传感器安装位置不当及条件所致，出现了一些问题，下面将对一些使用中的问题提出解决方案,供大家参考。
1．导波雷达液位计探头结疤和频繁故障的解决方法
个办法是将探头安装位置提高，但是有时候安装条件限制，不能提高的情况下，就应采用将料位测量值与该槽的泵联锁的办法，解决这一难题:将料位设定值减小0.5m左右，当料位达到该值时，即可停进料泵或开启出料泵。
2．导波雷达液位计雷达料位计被淹相应的改进办法
解 决这种问题的办法是将雷达料位计改为导波管式测量。仍在原开孔处安装导波管式雷达料位计，导波管高于排汽管0.2m左右， 这样一来，即使出现料浆从排汽 管溢出的恶劣工况，也不会使料位计天线被料浆淹没，而且避免了搅拌器涡流的干扰及大量蒸汽从探头处冒出，减少了对探头的损害，同时由于导波管聚焦效果好， 接收的雷达波信号更强，取得了很好的测量效果。使用导波管测量方式，可以改善表计测量条件，提高仪表测量性能,具有很高的推广应用价值。
3．导波雷达液位计关于泡沫对测量的影响:
干泡沫和湿泡沫能将雷达波反射回来，对测量无影响；中性泡沫则会吸收和扩散雷达波，因而严重影响回波的反射甚至没有回波。当介质表面为稠而厚的泡沫时，测量误差较大或无法测量，在这种工况下，雷达料位计不具有优势，这是其应用的限性。
4．导波雷达液位计对于天线结疤的处理:
介电常数很小的挂料在干燥状态下对测量无影响，而介电常数很高的挂料则对测量有影响。可用压缩空气吹扫（或清水冲洗），且冷却的压缩空气可降低法兰和电器元件的温度。还可用酸性清洗液清洗碱性结疤，但在清洗期间不能进行料位测量.
超声波流量计安装7大要求/选安徽天缆电气有限公司供应
超声波流量计的安装在的流量计安装中是*为方便简捷的，但为了测量精度，测量点应选择直管路部分，一般应遵循下列原则:
1.选择充满液体的直管段，如管路的垂直段（流向由下向上为好）或充满液体的水平管道（整个管路中处为好），在安装与测量过程中，不得出现非满管情况；
2.测量位置应选在探头上游有大于10D和下游有5D直管段处；
3.测量点选择应尽可能远离泵，阀门等设备，避免其对测量的干扰；
4.测量点选择应尽可能远离大功率电台，强磁场干扰源等；
5.充分考虑管内结垢状况，尽量选择无结垢的管段进行测量。结垢严重时，应选择插入式探头。
6.选择管路管材应均匀密实，易于超声波传播处；
7.管段初步安装位置选择好后，用于砂轮或钢锉将金属管表面打磨3倍的探头面积（约100mm范围），去掉锈迹油漆，使管壁表面光滑平整，注意，表面应光泽均匀，无起伏不平，与原管道有同样的弧度，切忌将安装点打磨成平面，用酒精或汽油清洗干净。
雷达液位计属2113于通用型雷达液位计，它基于时间5261行程原理的4102测量仪表，雷达波以光速运行1653，运行时间可以通过电子部件被转换成物位信号。导波雷达液位计，化学工业中的一种液位测量仪表。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 。