TKWL-1101XMLABQBRFP雷达液位计厂家
防爆认证与安全防护设计
化工领域需满足ATEX/IECEx防爆标准，隔爆型（Ex d）外壳可承受1.5MPa内部爆炸压力。本安型（Ex ia）设计限制回路能量<1W，适用于Zone 0区。整体防护等级IP68，可短时浸没10米水深。某油气平台案例显示，通过API 670标准的雷达料位计MTBF超15年。最新光纤传感技术彻底消除电火花风险，已用于氢气储罐监测。
ZPRD701导波雷达液位计既可以测量液体，也可以测量固体,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绳传播，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。可发出高频率微波，沿着探杆传播，由于遇到被测介质，介电常数突变，引起反射。发射脉冲与反射脉冲的时间间隔与被测量介质的距离成正比。同时，导波雷达也可以测量两种不同介质的界面，充分利用介质的介电常数的不同。但测量条件是上层介质不导电，或其介电常数比下层介质介电常数小10倍以上。脉冲的工作方式可测小介电常数介质，并适用于各种金属，非金属容器内,对人体及环境无伤害。导波雷达物位计可采用螺纹连接，螺纹的长度不要超过150mm，还可以采用在短管上安装。理想的短管直径小于150mm，高度小于150mm，若安装于较长的短管上，应底部固定缆绳或选用对中支架以避免缆绳与短管末端接触。当仪表需要安装于直径大于200mm短管时，短管内壁产生回波，在介质介电常数低的情况下会引起测量误差。因此，对于一个直径为200mm或250mm的短管，需要选一个带“喇叭接口”的法兰。尽量避免安装在直径大于250mm的短管上。导波雷达物位计无论是缆式或杆式若想仪表工作正常，过程连接表面应为金属。当仪表装在塑料罐上时，若罐顶也是塑料或其它非导电材质时，仪表需要配金属法兰，若采用螺纹连接，需配一块金属板。
ZPRD701导波雷达液位计
ZPRD701导波雷达液位计应用:煤堆、原煤仓、燃料仓、蓄水池、废气净化罐、仓泵、灰库、油箱等；原油或成品油储罐、三相分离器、沉降罐、污水罐及油水界面、钻探泥浆罐等；原油蒸馏塔、原料和中间料仓、反应罐、氨水罐、固体料仓、分离器等；矿石料仓、矿石粉碎机、原料仓、辅料仓、高炉、氧化铝粉仓、电解池缓冲罐等；石料仓、生料仓、水泥仓、煤粉仓、炉渣存储仓等；蓄水池、污水池、水处理罐、沉淀池、深井、饮用水网络等；原料仓、储料塔、干燥鼓、化学物料存储仓等；采石场、食品、制、、造船等行业等.
ZPRD701导波雷达液位计技术参数:
参数: 工作频率:6.8GHZ
测量范围:缆式:0-30m；杆式、同轴式:0-6m
重复性:±0.1% ±0.2% ±0.3% ±0.5%
分辨率:1mm
采样:回波采样55 次/s
响应速度:>0.2S（根据具体使用情况而定）
输出电流信号:4-20mA
精度:<0.1%
通讯接口: HART 通讯协议
过程连接: G1½A/G2A/1½NPT
法兰DN50，DN80，DN100，DN150
过程压力: -1-40bar
电源: 电源:24VDC(±10%)
纹波电压:1Vpp
耗电量:max 22.5mA
环境条件: 温度-40℃～+80℃
防爆/防护等级: EXiaIICT6/IP68
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(电缆直径5--9mm)
型 号ZPRD701ZPRD702ZPRD703
应 用适用于大量程。可测固体和液体介质。适用复杂测量，液体和固体颗粒状介质，大粉尘环境适用于固体和液体介质测量， 粉状颗粒介质。固体、液体测量，可用于介电常数比较小的液体。测量范围0~35米0~6米0~6米连接方式螺纹（G1-1/2″，1-1/2″NPT），法兰（DN50/80/100/150）料仓开口螺纹（Φ40），法兰（DN50Φ60/ DN80Φ90/ DN100Φ110/ DN150Φ160mm）工作温度-40~350℃工作压力-1.0~4.0MPa精 度0.1%±1mm（顶部盲区300mm）采 样回波采样 55次/秒防爆等级EXiaIICT6/ExdIICT6防护等级IP66/IP68信号输出两线4~20mA/HART或三线4~20mA天线材质不锈钢电 源电源:24VDC（±10%）；波纹电压:1Vpp; 耗电量:zui大22.5mA环境温度-40~80℃电缆接口M20×1.5(电缆直径7--10mm)
TKWL-1101XMLABQBRFP雷达液位计厂家
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。
0引言污水处理工程一般包含污水预处理系统、生化处理系统、污泥处理系统三部分。污水预处理系统主要由进水泵、粗细格栅、砂水分离器等构成;生化处理系统是污水处理的核心,一般含沉淀、絮凝、厌氧、缺氧、好氧等工艺流程;污泥处理系统由污泥浓缩池、污泥脱水机等组成,包括污泥匀质、浓缩、脱水、处置四道基本工序。涉及液位(差)、流量、压力、温度、浓度(含PH、溶解氧等)、浊度等多种工艺参数的测量。其中液位测量占很大比重,在各个工艺阶段几乎都有液位检测点。测量介质包含水和溶液两种。溶液是指用于改善污水水质的溶液如:酸、碱等,一般纯溶液于储罐中贮存,混合溶液存于带搅拌器的混凝土池内。毋庸多言,水作为污水处理的对象,对其液位的检测数量是多的。相对其它工艺流程,污水处理工程的水位测量有它自身的特点:1)测量介质一般是含泥沙、油污等多种无机、有机污染物的污水,大多存于室外敞口池中;2)生化处理系统使用气浮工艺的水面上多存在泡沫;3)调节池、浓缩池等都设有搅拌器。相对于其他种类的测量仪表,适合污水处理工程使用的液位仪类型众多。有接触和非接触测量两类,涉及包括差压式、浮力式、电学式、声学式等多种测量原理的液位计。这对仪表的选择提供了很大空间,同时也带来了合理选型的难度。本文以实际使用普遍,数量多的磁翻板液位计、投入式液位计、超声波液位计和雷达液位计为例,结合原理,总结实际工作中液位计选型、安装、使用和维护的经验。1磁翻板液位计1.1测量原理磁翻板液位计主要基于浮力和磁力原理。带有磁体的浮子(简称磁性浮子)在被测介质中的位置受浮力作用影响。液位的变化导致磁性浮子位置的变化、磁性浮子和磁翻柱(也称为磁翻板)的静磁力耦合作用导致磁翻柱翻转一定角度(磁翻柱表面涂敷不同的颜),进而反映容器内液位的情况。1.2优缺点及注意事项1)显示清晰、读数直观,方便现场监控。2)一般选用带远传功能的磁翻板液位计,不需多组液位计组合,即可同时实现现场和操作室监控,设备开孔少。
3)测量介质脏污时,易堵。根据介质情况,应定期清洗主导管,清除管内沉积杂质。建议配套排污阀方便检修。若测量介质含腐蚀性时,须选用耐腐蚀的产品。4)如图1示,通常情况下,工艺与仪表的设计、维护以法兰为界,因此,须注意液位计法兰与工艺接管法兰配对。另外,液位计根部阀V1、V2属工艺选型或由储罐配套。为液位计检修时,不影响生产,V1、V2选用产品,故在储罐设计或采购时,仪表须向工艺提出要求。1.3使用位置在污水处理工程中多选用侧装式的磁翻板液位计,常用于需现场和操作室两地监控的位置,如酸罐、碱罐、部分罐液位检测。2投入式液位计2.1测量原理基于所测液体静压与该液体高度成正比的原理,采用多晶硅、陶瓷或电容压力传感器,将静压转成电信号。一般由直接投入液体中的、用于放大、校正、补偿、结果显示的变送器和导气或连接电缆(传感器与连接)三部分组成。2.2优缺点及注意事项1)结构简单,价格较便宜。2)传感器直接投入被测液体内测量,因此不受介质起泡影响。3)由于传感器与变送器间为柔性连接,仪表贮存及运输方便,尤其在大量程的液位测量中,其优势更突出。安装方便,只需将传感器直接投入被测液体,即可实现测量。4)水流冲击、摩擦振动(尤其是与液位变化同方向的振动)等因素会改变投入式传感器在液体中的位置,进而影响测量值,所以好将液位计安装于水流相对平稳的地点。受现场条件制约,无法避免时,好将传感器置于隔离管中安装或选择其它种类的液位计。图2为加装隔离管的投入式液位计在某调节池中的应用示例,使用隔离管避免了因搅拌器工作引起的水流冲击,了测量的正确率。5)使用于水质过差的环境时,传感器套孔易被污泥堵塞,导致测量值失真,需酌情定期清洗维护。为减少套孔被污泥堵塞的概率,建议将其安装于离池底大于100mm的位置,并使用隔离管。6)使用寿命较短。使用一段时间后,易出现零点或量程漂移,现场校准有难度。2.3使用位置虽然投入式液位计存在使用寿命较短,传感器易堵等缺点,但由于它在价格和安装维护方面的优点,尤其是价格方面,一般仅千元左右,相对于后文提到的超声波、雷达液位计一般需万元左右,有较大优势,目前仍是污水处理工程测量敞口容器液位使用较多的液位计之一。在上清液集水池、清水池、滤池等水质相对较好的工艺流程中使用时,寿命较长,几乎免维护。可以使用在水质差的环境中,但不适合池底淤泥层过厚的池内使用。加装隔离管后可应用于部分带搅拌器的调节池、浓缩池等。
3超声波液位计3.1测量原理超声波液位计是利用回波测距原理的非接触式仪表。回波测距原理又称行程时间或传播时间(TOF,Time ofFlight)测量原理。它是通过一个可以发射能量波(一般为脉冲信号)的装置发射能量波,能量波遇到障碍物反射,由一个接收装置接收反射信号。根据测量能量波运动过程的时间差来确定物位变化情况。由电子装置对能量波信号进行处理,转化成与物位相关的电信号。利用超声波作为能量波的液位计即是超声波液位计。其测量原理如图3示。液位高度计算公式如下:
其中,C为超声波在空气中的传播速度;t为超声波由液位计到水面往返一次的时间。由公式可见,液位高度受超声波传播速度的影响。而超声波是利用气体(大多数情况下是空气)作为传播介质,空气的压力(真空度)、温度、湿度、气流等变化会改变超声波传播速度。例如,超声波速度与温度的近似公式为:C= C0+ 0.607× T式中,C0为零度时的声波速度332m/s;T为实际温度(℃)。可见,温度变化会产生液位测量误差。超声波液位计的超声放射及接收装置均安装于同一探头中,这就决定了只能在发射引起的传感器余振基本消失后,接收装置才能检测反射回波。另外,超声发射是以脉冲方式进行,而脉冲具有一定的时间宽度,因此,在超声发射到余振基本消失的这段时间t'内,液位计不能正常工作,这段时间对应的液位
B称为盲区,如图3示,被测的高液位如进入盲区,仪表将不能正确检测。盲区大小取决于发射装置的功率。一般而言,发射装置功率越大,发射频率就越低,余振衰减时间越长,盲区也就越大。3.2优缺点及注意事项1)具有工作、精度高、使用周期长、免维护的特点,并具有相对的价格优势。2)在污水处理工程中,多可选用一体式液位计,安装简便。3)回波反射产生的干扰回波和假回波,可通过软件来排除,但有效回波强度也同时被衰减。因此,设计选型时,要考虑衰减因素,选择量程要留有一定的余量。4)为了尽量减少干扰回波,安装位置要尽可能选择液面平稳的位置,同时远离扶梯、检修通道、进水口、出水口、搅拌器,尽可能与池壁保持较远的距离。在探头规定的波束发射角下,锥形波束在测量液面上的投影,不与容器壁及其它能反射声波的构件接触。在避开盲区的前提下,尽量贴近高液面安装,以减少池壁回波的干扰。为获得尽可能强的回波,要探头与被测界面垂直。5)首次投运,须对仪表进行使用位置、介质特性、工艺条件等内容的设定,完成空程、满量程校正。利用配套软件进行回波曲线检查,抑制干扰回波。建议在有条件的情况下,在池壁上分别标注液位满量程的20%、50%、95%、三点,以方便今后维护和校验。6)为避免因压力、温度等特性变化而产生的液位误差,应选择有温度补偿的产品。7)泡沫是声波反射不充分的表面,会吸收一部分或是的声波脉冲能量,减少或是消除回波信号。因此,在被测液面存在泡沫的场合,不能使用。但在泡沫较轻,盲区允许的情况下,可通过加大液位计的功率,来实现测量。
3.3使用位置超声波液位计不能使用在测量工况变化剧烈或真空的场合,但污水处理工程一般不存在上述情况,这一优势使超声波液位计在污水处理工程中得以广泛应用。除了不能使用在有大量泡沫、液位波动剧烈的地方外,几乎可在污水处理的各个工艺流程中广泛使用,用于测量水池液位、液位差等。4雷达液位计4.1测量原理超声波、雷达液位计都是利用回波测距原理的仪表。利用电磁波作为能量波的液位计即是雷达液位计,又称微波液位计。雷达液位计按结构可分为天线式和导波式。天线是通过天线发射和接收电磁波,其结构与超声波液位计为相似,都属于非接触式仪表。导波式是微波液位计的一种变型,英文名称是Time DomainReflectometry(时域反射法)或简称TDR,也俗称导波雷达,通常采用脉冲波方式工作。与微波液位计不同点在于微波脉冲不是通过空间传播,而是通过一根(或两根)从液位上方伸入、直达容器底的导波体传播。导波体可以是金属硬杆或柔性金属缆绳。微波脉冲沿杆或缆的外侧向下传播,在被测液面上被反射,回波被天线接收,由发射脉冲与回波脉冲的时间差即可计算出传播距离。低频雷达具有较大的波束角和较长的波长,使之在有液面扰动或搅拌的情况下能提供好的回波曲线。但其较大的波束角制约了使用范围。为弥补这一缺陷,在实际产品中,低频雷达多与导波管结合。也就是说,一般导波雷达液位计多使用低频雷达。4.2优缺点及注意事项由于雷达液位计与超声波液位计在测量原理上相同,本文3.2中1～ 5同样适用于雷达液位计。但由于雷达液位计的性,和超声波液位计相比较,还有以下特点:1)由于微波(电磁波)传播不依赖介质,所以雷达液位计不受介质特性如压力、温度、真空度等影响,所以测量精度较超声波液位计高。可以使用在工况变化较大或有蒸汽等超声液位计不能正常工作的场合。2)微波(电磁波)以光速传播,使得雷达液位计测量更灵敏,刷新速度更快。
3)表1示出了不同特性的泡沫,对微波、超声波信号的不同影响。由于污水处理工程液位测量所涉几乎全是湿性泡沫,所以雷达液位计可代替超声波液位计在液面有泡沫的场合使用。4)使用导波雷达,可在带搅拌、液面扰动等复杂工况或安装空间有限的场合实现测量。导波雷达液位计安装在有搅拌器的液体中,若液体流速过快,建议将导波管末端固定,以减少导波管受力。5)部分产品配套有智能软件,可实现不规则池底的液位测量。6)雷达液位计比超声波液位计价格稍贵。4.3使用位置由于雷达液位计在有泡沫、带搅拌的测量场合具有优势,它弥补了超声波液位计在上述方面的不足。可以说,雷达液位计适合在污水处理的各个工艺流程中使用,测量水池液位、液位差。5结语是污水处理工程不可缺少的重要仪表。它种类繁多,根据介质和现场条件的不同,各类液位计各具优势,形成一个多元化的面。要找到适合的产品,只有在液位计选型、安装时,根据各液位计的特点,从测量介质、安装位置、仪表精度、价格、使用寿命、维护成本等多方面综合考虑。随着劳动力和生产成本的不断提高,仪表高精度、免维护性在仪表选型中所占的比重也随之不断增加。因此,在仪表采购成本允许的情况下,建议尽量选择精度佳、免维护的仪表。相对于磁翻板液位计和投入式液位计而言,超声波、雷达液位计更符合上述要求。随着电子技术及制作工艺的不断提声波、雷达液位计的价格会不断下降,性能会不断提高,数量会不断增多。
1、概述
导波管雷达液位变送器采用的雷达技术，雷达信号沿着导波管传输，可消除虚假回波，减少信号损失，仪表具有不受大气情况和介质密度变化的影响，测量精度高，测量范围大，多种过程连接方式，安装使用方便等特点。仪表输出4~20mA标准电流信号，可选HART协议或HoneywellDE协议进行通讯。
2、主要技术参数
测量范围:0.6~30.5m，0.6~61m
准确度:±5mm
分辨率:±1.6mm
显示单位:在现场可选择毫米、厘米、米或%等工程单位。
工作电源:13.5~36VDC，两线制
介质介电常数:单杆:小1.3
双杆:小1.7
介质大粘度:1500cp
材质:壳体:铸铝
传感器:316L
过程连接:单杆式、单缆式:DN25，PN4.0
双杆式、双缆式:DN50，PN4.0
旁通管型:DN25，PN4.0 法兰标准HG20592-77，凸面法兰，其它法兰标准如JB、HGJ、GB、ANSI等可注明。
高温型:DN65，PN4.0
护管型:DN50，PN4.0
卫生型:三夹子1.5“
认:FM，CSA，CENELEC
隔爆型ExdIICT6
本安型ExiaIICT6Ga
外壳防护:IP67
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。
概述
蒸汽汽包是石油化工，发电等工业过程中的重要设备，保持液位稳定是汽包运行的重要条件。带气象补偿的导波雷达液位计克服了差压液位计，浮筒液位计，电接点液位计的缺点，维护量小，测量准确。
汽包液位测量的现状
目前，从汽包液位测量的基本原来来看，广泛使用的主要是基于连通器式和压差式两种原理。汽包液位测量的仪表主要有差压液位计，浮筒液位计和导波雷达液位计等仪表。
1. 差压汽包液位计。差压式汽包液位计测量原理是通过吧液位高度的变化转化成差压的变化来测量液位计，这种转换是通过平衡容器形成残币水柱实现的，其准确测量液位计的关键是液位与差压之间的准确转换。差压汽包液位计的有点事精度和稳定性高，运行中故障率低，维护量小，但这种测量方式的误差与汽包压力和参比水煮温度有关，需要进行汽包夜里校准，且补偿计算复杂，此外还应考虑平衡容器温度变化造成的影响。
2. 浮筒液位计。浮筒液位计是基于浮力原理工作的。当液位计在0位时，扭力管受到浮筒中立产生的扭力矩大，扭力管转角处于0°。当液位逐渐上升至高时，扭力管受到浮力产生扭力矩，转过一个角度，变送器将该角度转换成4~20MA直流信号，该信号正比于被测量液位。这种测量方式介质的密度变化会对测量精度造成影响，受到机械振动也会造成读数不准确。
3. 电接点液位计。电接点液位计属于连通管液位计，原理是利用在锅炉水肿的电对筒体阻抗小而在蒸汽中的电对筒体的阻抗大的特性来测量液位。高压锅炉的锅炉水电导率一般要比饱和蒸汽的电导率大数万到数十万倍，因而电接点街违纪指示值受气包压力变化的影响较小，能方便的远传液位信号。但是有取样传感器性差，电机机械密封易泄露，电使用寿命短，指示不连续，维护量大的缺点。
综上所述，由于汽包液位测量对象的复杂性，实际运行中的不确定因素和较大的测量误差，导致汽包液位计的测量常有较大的偏差。导波雷达液位计测量是一种的测量技术，克服了差压式，浮筒式，电接点等液位测量仪表的缺点，满足汽包液位测量的需求。
导波雷达液位计测量原理及特点
1. 测量原理。导波雷达液位计是依据反射原理为基础的雷达液位计，电磁脉冲信号以光速沿钢缆传播，当遇到被测介质时，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。
2. 特点。导波雷达液位计的优点是信号稳定，测量不受液体密度和电气特性影响，测量，测量与调校方便，安装成本低且维护方便。
3. 导波雷达液位计的选型及安装要求
选型。导波雷达液位计是靠传感器发射电磁波，因此传感器的选择是导波雷达液位计选型的重要部分。导波雷达液位计的传感器有杆式，揽式和同轴式三种类型。通常选用杆式传感器。当测量范围较大时，由于运输和安装不变，建议采用揽式传感器。
安装。导波雷达液位计的安装需考虑安装要求，容器特性和过程连接等因素。主要安装方式有以下两种:顶装或者侧装。
导波雷达液位计两种安装方式安装时应注意:安装时要导波雷达与关闭需要由适当的距离;避免仪表传感器下方有明显障碍物，阻碍雷达波顺利达到被测介质表面;不要将导波杆安装在进料口附近;传感器与设备底部要有一定距离，不能接触到罐底。
4. 气相补偿技术(GPC)。在高温高压条件下，电磁波信号在介质上方的蒸汽中的传播速度会降低，此时雷达测量的液位值将减小。选用带气相补偿的导波雷达，通过气相补偿功能队测量值进行补偿，可以得到一个准确的实际液位值。
导波雷达液位计在汽包液位计测量案例
在某锅炉装置的汽包上，汽包是产汽系统的主要部分，利用转化炉烟气段的高温热量和炉出口转化气高温余热，产出10.5MPA高压蒸汽，一部分作为工艺上的配汽参与反应，另一部分外送至高压蒸汽管网，实现设能的综合利用，提高装置的运行效率。由于汽包对于锅炉装置的重要性，测量汽包液位先后共使用了三种测量仪表:差压式液位计，普通导波雷达液位计，带GPC功能导波雷达液位计。由下图可知，通过实际测量，在高温时，普通导波雷达误差高达18%，带GPC时，测量误差仅为2%，带GPC功能导波雷达液位计在高温下测量数据比较稳定，真实。
三种仪表测量数据比较
总结
带GPC功能导波雷达液位计在测量高温高压的环境中，各项性能明显优于其他类型的液位计，不受工艺条件的线制，维护量小，性能。是在汽包液位测量的不二之选。