706-512A-010/7CT-1100-A10-20导波雷达液位计公司
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。
雷达是利用电磁波传播过程中折射性和性而研发的一种空间测距电子仪器，初用于国防及航空导航。随着科学技术的推广，雷达逐渐用于工业和民用领域，并衍生出众多型号产品，应用于工业生产中液位测量的雷达液位计就是其中的一类。
雷达液位计测量原理
雷达液位计的测量原理和军工中的雷达一样，都是通过电磁波的直线传播特性测量周围空间的净空距离，即被测物体距离雷达的直线空间距离，具体到工业生产中就是液体的液面到雷达天线的空高。通过对雷达液位计组态可设定雷达天线到容器底部的垂直距离，根据已经测得的液面空高就可计算出液体的液位高度。
测量原理公式为H=L-CT/2
C为电磁波的波速即光速， T为电磁波从发射到接收所用到的时间，L为雷达天线距离容器的低端的垂直高度，H为被测液体的高度。
工业中的液位检测不同于军工航空动辄几十上百千米的空间测距，生产中的液位检测距离都较小，高范围的储罐液位检测也就一二十米的垂直高度，这样的距离空间相对于光速传播的电磁波来说可以忽略不计，于是上述的测量方式很难实现，因为人类无法制造出不用时间的电路处理仪表。
为使雷达测距应用于工业中的液位检测，生产厂商使用了高频的无线电波，使用线性调频连续测距的方法，让天线发射的电磁波的频率随着时间进行改变，接收器接收到的反射电磁波频率与此时的天线发射频率是不同的，通过计算两者的频率差，换算得出电磁波在空间传播的时间，从而能够计算出被测液位的高度。雷达液位计的构造
不同厂商所生产的雷达液位计形式各异，但总体的部件大体是一致的，其主要包括电路部分（雷达波发生器、信号检测、信号处理），天线及接收器和安装附件表体三大部分。根据天线的不同，雷达液位计可分为导波雷达和普通雷达两大类型。
导波雷达液位计
导波雷达是在电磁波发射器的下方安装了一个金属导波体，让高频的无线电波沿着金属体垂直向下传播，当电磁波碰到被测物质的液面时，电磁波会在接触面反射，沿着波导体垂直的返回到雷达液位计天线内部的接收器中，然后处理电路进行分析计算，得出被测液体的液面高度。根据金属导波体的不同，导波雷达又分为缆式和杆式两大类。
缆式导波雷达的导波体为一个柔性的不锈钢金属绳，其末端栓一金属重物，以金属绳在被测液体中垂直的伸入到容器底部，金属绳在使用中漂浮摆动而弯曲。这样结构的雷达液位计主要用于底下罐、零位罐等地面以下的液位测量中。
杆式导波雷达的波导体根据导波杆及天线的不同又分为很多种，有金属杆式的导波雷达，有通过金属管的喇叭天线式的导波雷达，有带有旁通测量筒的导波雷达。这些导波雷达主要用于高出地面的储罐液位测量或生产设备塔器储罐可以侧装旁通管的液位测量。 西安赛谱自动化仪表技术有限公司
普通雷达液位计
普通雷达液位计的天线，只是一个电磁波的发射接受装置，其电磁波发射后通过气相自由传播，由于雷达液位计电磁波为高频的微波信号发散传播性差，而且被测液体距离雷达液位计的高度小，其电磁波传播过程可看成垂直传播，因此这种雷达液位计满足液位测距要求。相对于导波雷达少了导波体节省费用方便安装，在储罐等较高液位测量中得到大量的应用。
根据天线的不同生产厂商制作了不同型号的雷达液位计，以适应不同工况环境。厂里使用的普通雷达液位计的天线有喇叭口、水滴形（防液体挥发凝结）、偏心型（防多重反射电磁波干扰）、宽口喇叭口（防气相介质衰减电磁波）四种类型。
电路处理部分
根据 雷达液位计处理电路的复杂程度，雷达液位计分为单路测量的普通模式和多重处理信号的总线模式。多重信号处理不仅能处理雷达电磁波测距的液位信号也可处理热电阻的温度测量信号，并可通过总线的方式把多台雷达液位计连接起来，通过一根总线远传到控制室内。适用于储罐众多布分散的大中型储罐系统的液位测量，节约了传输线缆的铺设和费用。
雷达液位计故障分析及处理
雷达液位计从测量原理上看是一种高精度的测距仪表，雷达液位计制造厂商也大肆介绍雷达液位计的优点，如可用于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，可对不同料位进行连续测量，但实际使用中雷达液位计常出现很多问题甚至失灵无法使用。
雷达液位计电磁波选取依据
由雷达液位计的测量原理可见，雷达液位计测量过程中的核心是电磁波传播过程中频率波的改变范围，因此天线所接受的雷达波的频率，是液位测量的关键依据。
雷达液位计在使用中天线到被测液体的液面的空间净空中，充斥着各种频率的电磁波，这些电磁波大部分都会通过各种反射、折射传播到天线内部的接收器中，因此雷达液位计的接收器接收到的电磁波是一系列的大量的不同频率的电磁波。
怎样从这杂乱的电磁波中选出真实的液面反射来的电磁波，是雷达液位计能否准确测量液位的关键，这就需要一个选频电路。选频电路选择的依据是根据接受到的电磁波的能量来进行衡量。
电磁波在传播过程中受气相介质，被测介质的反射折射，金属容器壁等物质的碰撞吸收，能量会不断减弱，反射的次数越多能量损失越大，经过的距离越长能量损失越大。由于电磁波是垂直于被测液体的液面发射，其电磁波在被测液面的反射率大（折射率小），可近似为全反射，其在被测液体液面的能量损失，是电磁波回波损失小的。垂直于被测液面的空间距离是电磁波传播中短的距离，这个反射的电磁波在气相空间传播中能量损失也是小的，由此两点被测液位反射回来的电磁波的能量是电磁波频谱中大的，由此雷达液位计的选频电路得出被测液体的空高，从而计算得出被测液体的高度
雷达液位计使用中的问题
雷达液位计电磁波选频可以知道，返回接收器的电磁波的能量大小是雷达液位计选用电磁波频率的依据，从而决定着雷达液位计测量的准确性。如果正常使用中，被测液体所反射的电磁波的能量不是高的电磁波，那么雷达液位计就会选用其他的不真实的电磁波频谱，此时就会造成被测液位失真。
造成这种现象的原因，大体可以归为以下几点:
一、被测液体与雷达天线之间的净空中有较大面积的反射物，致使电磁波在到达液面之前被反射。造成这种现象的原因主要为:
1、被测容器内部有搅拌器、加热盘管、管线等金属物体，如果这些金属体裸露在被测液体的外部，而且正处于电磁波垂直传播的方向，如搅拌机旋转中的浆液转动，就会造成电磁波被提前反射回来，而造成被测液位偏高。
2、雷达液位计安装地点距离容器壁太近或不垂直与被测液面，使电磁波在传播中照射到容器内壁而提前反射回来；电磁波在被测液面反射过程中没有原路返回（斜射时），致使雷达液位计检测不到反射电磁波；液面反射的电磁波经多重反射能量损失过多，而没有被选频电路选中，以上多种情况造成雷达液位计测量失真。
二、波导体（绳缆、杆）上有挂料，电磁波沿着波导体传播中，在没有到达液面前遇到波导体上面的挂料而反射回来，产生虚假液位。安装的波导管不垂直与雷达液位计，造成电磁波斜射到波导管的内壁，而产生如同容器内壁一样的反射或多重反射而使测量失真。
三、被测液体与雷达天线之间的净空中，气相介质蒸汽浓度太大，致使电磁波在空间传播中，能量损失太大，甚至反射波根本到达不了雷达液位计的接收器。
被测液体有加热要求，上部安装搅拌机的情况下尤其严重，由于被测液体在加热搅拌中不断有蒸汽挥发，会造成液面以上的空间中充满了高浓度的介质蒸汽，其微小的液体颗粒不仅对电磁波产生漫反射而且会吸收大量的电磁波能量，使电磁波出现很大衰减，造成雷达天线无法接受回波信号。
被测液体中含有水份时，挥发的水蒸气对于电磁波的吸能更加严重。由于水汽具有易冷凝的特性，气相空间含有的水汽在罐顶罐壁附近会逐渐冷凝，积聚在一起形成较大的水汽滴，充斥在液位上方的空间里，对于电磁波具有强烈的吸能作用，致使电磁波的能量衰减过大无法到达雷达接收器，造成雷达液位计彻底失去工作能力。
四、雷达液位计天线附着赃物，致使电磁波刚刚发射出就被反射回来，甚至根本发射不出去。这样的状况即使使用防凝结的水滴形天线，也无法避免雷达液位计的突然失灵。
雷达液位计天线附着赃物是被测介质挥发的升级加重，被测液体净空中大量充斥着气相蒸汽，其会附着在雷达液位计的天线上，是易冷凝的高粘介质，雷达液位计安装在储罐顶部温度较低，挥发的介质蒸汽易在雷达天线上凝析附着，造成电磁波发射困难，情况严重时介质甚至在天线上结焦，损坏天线。
同样被测介质含有水份时，水汽易在天线上附着，致使电磁波发射不出去，使雷达液位计彻底失灵。
五、雷达液位计电路中的保护措施。雷达液位计是一种高科技的测量仪表价格昂贵，处于对仪表本身防护的需要，制造厂商普遍在电路中设置了很多保护措施，如超温保护、低电压保护，高液位保护，运行故障保护以及数据保持，错误锁定等液位检测防护措施。这些防护措施在日常使用中，如果雷达液位计出现问题，保护就会动作，造成雷达液位计停止工作，此时需要查找故障原因，清除恢复后雷达液位计才能正常使用。防护功能随厂商不同而设置，集成度高的防护措施多。如总线式的多功能雷达液位计，其本身的防护措施就多，日常维护要熟悉。
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。
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导波雷达液位计是为液位测量和控制系统中应用而研发的新型雷达液位仪表，可以用于指示和控制液位，可以满足大多数情况的液位测量，测量准确度高，导波雷达液位计工作原理运用了时域反射与ETS等技术。液位计变送器模块可以发射特定频率的高频窄电磁波，该电磁波沿着传感器的导波杆或钢缆传播，当发射的电磁波遇到不同的介电常数的介质表面时，电磁波会被反射回来。通过等效时间采样技术将纳秒级的传导时间放大为毫秒级别的等效时间，再采用目标识别等复杂的算法处理，并对存在的虚假回波进行有效抑制，从而实现了对液位的测量。
导波雷达液位计是一种采用直接接触的方式，将传感器导波杆或者钢缆浸入被测介质进行测量的液位仪表。液位计运用了时域反射原理，变送器模块部分产生一定频率的电磁信号沿导波传感器传播，遇到不同介电常数的介质时产生反射，单片机通过算法可以得到待测液位高度。因此，在用导波雷达液位计测量液位时，液位的变化会引起传感器特征阻抗改变。这种改变产生的反射信号通过电路采集进行捕捉后，加以处理从而得到所测的液位高度。
导波雷达液位计主要具有以下优点 :
（1）液位计的电磁波沿同轴射频电缆和导波杆或者钢缆传导，衰减程度小，功耗低，电磁波能量集中，不易扩散，抗干扰能力很强，高准确度可达±3mm。
（2）可以测量各种低介电常数的介质，介电常数的大小只影响回波幅度大小，对测量数据无影响。
（3）雾气、泡沫等引起的散杂信号对测量无影响。对于具有挥发性气体、泡沫、液位表面波动、挂料、结垢、沸腾、介电常数或密度经常变化的测量工况，都可以有效进行测量。
（4）测量不受介质密度、导电率和温度的影响，适用于高温高压工况下的测量。
（5）具有维护量小，现场调校方便，性能稳定、等优点。
工业生产过程要求液位测量仪表应满足多功能、智能化、、精度高、免维护等要求，磁致伸缩液位计、导波雷达物位计和差压变送器均适用于液位测量，昌晖仪表结合这三种仪表在火电厂的应用，对差压变送器、导波雷达物位计和磁致伸缩液位计性能原理与液位测量应用现状作一对比。
1、工作原理
①磁致伸缩式液位计工作原理
如图1所示，磁致伸缩式液位计根据磁致伸缩原理设计，其在一个非磁性传感管内装有一根磁致伸缩线，在顶端装一个压磁传感器，每秒发出10个电流脉冲信号，并开始计时，电流脉冲同磁性浮子在磁致伸缩线上产生一个扭应力波，沿磁致伸缩线向两端传送。测量压磁传感器收到这个扭应力波信号的起始脉冲和返回扭应力波间的时间间隔，来判断浮子位置，即得被测液位，转变为成比例的4-20mA信号输出。
图1 磁致伸缩式液位计工作原理
②导波雷达物位计测量原理
如图2所示，导波雷达液位计由发生器产生一个沿导波杆向下传送的电磁脉冲波，遇到介电常数大的液体表面时被反射，计算脉冲波的传导时间，而得到液位位置。
图2 导波雷达物位计测量原理
③差压变送器测量原理
差压变送器传感器是双侧压力作用测量元件，经压-电转换器，处理为标准4-20mA信号输出。
2、分析与比较
①差压变送器、导波雷达物位计和磁致伸缩液位计原理比较
A、磁致伸缩液位计根据磁浮子位置测得液位，测量影响因素为介质密度，介电常数、气相组分、工作温度、压力对测量没有影响。
B、导波雷达液位计测量的影响因素为介电常数、气相组分，温度、压力对测量也有一定影响。
C、差压变送器是根据压差变化测量液位，影响测量结果的因素如腔体真空或负压产生虚假读数；管路内气泡带来干扰；容器内水的密度改变导致测量误差。
②差压变送器、导波雷达物位计和磁致伸缩液位计特性比较
A、磁致伸缩液位计特性
a、性强
由于磁致伸缩液位计采用波导原理，整个变换器封闭在不锈钢管内，和测量介质无接触，无机械可动部分，故无摩擦、无磨损，传感器工作，寿命长。
b、精度高
由于磁致伸缩液位计用波导脉冲工作，通过测量起始脉冲和终止脉冲的时间来确定被测位移量，因此测量精度高，分辨率优于0.01%FS，这是用其他传感器达到的精度。
c、性好
磁致伸缩液位计测量时无需开启罐盖，避免了人工测量所存在的不因素；防爆性能高，本安防爆，使用，适用于对化工原料和易燃液体的测量。
d、易于安装和维护
磁致伸缩液位计一般通过罐顶已有管口进行安装，适用于地下储罐和已投运储罐，在安装过程中不影响正常生产。
e、便于系统自动化工作
磁致伸缩液位计的二次仪表采用标准输出信号，便于计算机对信号进行处理，容易实现联网工作，提高整个测量系统的自动化程度。
B、导波雷达物位计特性
a、对液体、颗粒及浆料连续物位测量不受介质变化、温度变化、稀有气体及蒸汽、粉尘、泡沫等的影响。
b、液体量程小于15m时，测量精度为±5mm；量程大于15m时，测量精度为5mm±0.05%。
c、量程60m，耐250℃高温、40kg高压，适用于爆炸危险区域。
d、对蒸汽和泡沫有很强的抑制能力，测量不受影响。
e、顶部和底部具有盲区。
C、差压变送器特性:
a、常规差压变送器在许多液位测量应用中，在液体有额外的蒸气压力。由于蒸气压力不是液位测量的一部分，需要使用引压管和有密封件的毛细管来抵消它的存在。
b、电子远传技术采用数字结构取代机械部件，响应速度更快，测量精度也有所提高。
c、天气寒冷时装置通常需要伴热或保温，要检查引压管漏水、冷凝、蒸发和堵塞。
d、距离过长的毛细管会使压力传输变得误差过大，同时安装过程要求较高。
表1 差压变送器、导波雷达物位计和磁致伸缩液位计特性比较
仪表类型 测量精度 性 安装 泄漏点 维护量 寿命
差压变送器 低 一般 复杂、附件多 较多 大 长
导波雷达 较高 较高 简单 较少 低 较长
磁致伸缩 高 高 简单 少 低 长
③工况干扰比较
实际应用中常见工况产生干扰和影响的情况如表2所示。
表2 实际应用中常见工况产生干扰和影响的情况
常见工况 差压变送器 导波雷达物位计 磁致伸缩液位计
压力变化 影响很大 无影响 无影响
温度变化 影响很大 有影响 无影响
震动干扰 影响很大 有影响 无影响
电磁干扰 无影响 有影响 无影响
介质 水、汽 水、汽 水、汽
介电常数 影响很大 影响很大 无影响
介质成分(如水、汽) 影响很大 影响很大 无影响
④适用范围比较
差压变送器、导波雷达物位计和磁致伸缩液位计适用范围如表3所示。
表3 差压变送器、导波雷达物位计和磁致伸缩液位计适用范围
适用范围 差压变送器 导波雷达物位计 磁致伸缩液位计
压力0-1MPa 适用 适用 适用
压力0-4MPa 适用 适用 适用
压力0-30MPa 适用 —— 适用
温度0-100℃ 适用 适用 适用
温度0-220℃ 适用 适用 适用
温度0-565℃ 适用 —— 适用
精度5‰-1‰ 适用 适用 适用
精度1‰ —— —— 适用
量程0-5m 适用 适用 适用
量程0-10m 适用 适用 适用
量程0-30m 适用 适用 适用
由对析可知:
①磁致伸缩液位计适用于电厂工况，精度高，稳定性很好，安装与维护量很小，基本不需要维护。在电厂高加、低加、凝汽器、除氧器等容器设备以及其他辅机工位，如油站、化水等均适用。其凭借环境适应性强、安装方便、高精度、低成本、免维护的优点，在当今液位测量领域占较大优势。
②导波雷达液位计适合的工况较好，对温度和环境要求较高，对于安装空间有一定的要求。安装要求避开进料口，以免产生虚假反射。不能安装在拱形罐的中心处（否则传感器收到的虚假回波会增强），也不能距离罐壁很近，佳安装位置在容器半径的1/2处。只有物料处于顶部盲区和底部盲区之间时，才能罐内物位的测量，满足精度要求。调试较方便，运行和维护量不大。
③差压变送器适合的工况有限，而且传感器零漂移严重；测量偏差大，长期工作稳定性差，精度较低，受环境影响较大；安装及维护量较大，无论是正常运行还是例行维护，工作量都较大，现在基本作为一个备用选择。
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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物位计是一种用于测量物料、液体或颗粒物在容器或管道内的高度和位置的设备。它使用在介质中传播并反射来测量距离并确定物料/液面的位置。
选型时，需要考虑以下因素:测量要求的精度、环境温度和压力、安装条件、性要求以及市场价格等。
雷达物位计是一种利用微波技术进行测量的物位测量仪表，能够准确实时地检测工业生产过程中各种物料在罐内的体位（物位），且适用范围广泛。应用广泛于化工、电力、制、造纸、钢铁、水泥、石油、化肥等行业。
选型时需考虑测量范围，接口形式，工作原理，材质选择，维护保养等因素。同时应考虑到施工方案，确保安装位置及姿态与要求相符并满足其它技术条件。