NKRD-800-100-FELZ雷达液位计生产厂
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。
调频连续波80G 雷达物位计采用调频连续波（FMCW ）技术。天线发射高频的调频雷达信号，雷达信号的频率线性增加。发射的雷达信号经被测量介质反射后由同一天线接收。在同一时刻，发射信号频率与接收信号频率的频率差与被测距离成正比。采集到的频率差信号，经傅里叶变换（FFT ）得到反射回波的频谱，并以此计算得出待测目标的距离。
80G 雷达相对于26G 或6G 雷达具有频率更高，波长更短，波束角更小，能量更加集中的特点；加上FMCW 技术的应用，使其具有以下特点:1. 量程大，盲区小；2. 波束角小，天线尺寸小，便于安装。受罐体接管尺寸、障碍物影响小；3. 测量精度高，抗干扰能力强，性高。
天线发射微波时，都有一定的发射角。从天线下缘到被测介质表面之间，发射的微波波束所辐射的区域内，不得有障碍物，安装时应尽可能避开罐内设施，如:人梯、限位开关、加热设备、支架等。必要时，须进行“虚假回波学”。另外须注意微波波束不得与加料料流相交。 安装仪表时还要注意:高料位不得进入测量盲区；仪表距罐壁保持一定的距离；仪表的安装尽可能使天线的发射方向与被测介质表面垂直。 安装在防爆区域内的仪表遵守国家防爆危险区的安装规定。本质型防爆仪表的外壳材料采用塑料PBT/ 铝ADC12；本安+ 隔爆型防爆仪表的外壳材料采用铝ADC12。防爆型仪表可安装在有防爆要求的场合，仪表接大地。
应 用: 液体适合强腐蚀性液体蒸汽 、泡沫技术:测 量 范 围: 0~30m测 量 精 度: ±2mm 过 程 温 度: (-40~130)℃，(-40~200)℃过 程 压 力: -0.1~2.5MPa频 率: 80 GHz信 号 输 出: (4~20)mA/HART；RS485/MODBUS协议电 源: 24VDC/220VAC现场显示/按键: 可选外 壳: 塑料PBT、铝ADC12、316L天 线 类 型: DS/DQ/ES/EQ..天 线 材 料: 316L+PTFE/316L+PFA..安 装 形 式: 法兰 .防 护 等 级: P67/IP66........※ 注 1. 外壳选B，防护等级为IP66; 外壳选A/D，防护等级为IP67. 2. 天线尺寸分别为DN50 和DN80，测量精度均为±2mm；
应 用: 液体适合强腐蚀性/ 耐压液体技术:测 量 范 围: 0~10m/0~30m/0~120m测 量 精 度: ±2mm/±5mm 过 程 温 度: (-40~130)℃/(-40~200)℃过 程 压 力: (-0.1~0.1)MPa( 适合耐腐蚀液体) (-0.1~2.5)MPa( 适合耐压液体)频 率: 80 GHz信 号 输 出: (4~20)mA/HART；RS485/MODBUS协议电 源: 24VDC/220VAC现场显示/按键: 可选外 壳: 塑料PBT、铝ADC12、316L天 线 类 型: DS/DQ/ES/EQ..天 线 材 料: 316L+PTFE/316L+PFA..安 装 形 式: 螺纹.防 护 等 级: IP67/IP66........※ 注 1. 外壳选B，防护等级为IP66; 外壳选A/D，防护等级为IP67. 2. 天线直径为 21mm 时 , 仪表量程 0~ 10m, 测量精度 ±2mm; 天线直径为 43mm, 仪表量程0~30m, 测量精度 ±2mm; 天线直径为 76/65mm 时 , 仪表量程 0~120m, 测量精度 ±5mm
应 用: 液体, 卫生级技术:测 量 范 围: 0~30m测 量 精 度: ±2mm 过 程 温 度: (-40~130)℃过 程 压 力: (-0.1~1)MPa 频 率: 80 GHz信 号 输 出: (4~20)mA/HART；RS485/MODBUS协议电 源: 24VDC/220VAC现场显示/按键: 可选外 壳: B/A/D/K天 线 类 型: KW/KQ天 线 材 料: 316L+PTFE/316L+PFA..安 装 形 式: 2"卡盘/ 3½" 卡盘防 护 等 级: IP67/IP66※ 注 1. 外壳选B，防护等级为IP66; 外壳选A/D/K，防护等级为IP67. 2. 天线尺寸分别为DN50 和DN80，测量精度均为±2mm；
应 用: 固体/ 液 存储容器/ 过程容器或强粉尘场合技术:测 量 范 围: 120m测 量 精 度: ±5mm 过 程 温 度: (-40~200)℃过 程 压 力: (-0.1~0.3)MPa 频 率: 80 GHz信 号 输 出: (4~20)mA/HART；RS485/MODBUS协议电 源: 24VDC/220VAC现场显示/按键: 可选外 壳: B/A/D天 线 类 型: MW/NW/RW/HG/JG天 线 材 料: 铝衬塑料+PP/316L+PTFE/316L+PTFE 带散热..安 装 形 式: 法兰/ 螺纹/ 吊架防 护 等 级: IP67/IP66※ 注 1. 外壳选B，防护等级为IP66; 外壳选A/D，防护等级为IP67. 2. 天线直径为76/65mm 时，仪表量程0~120m，测量精度±5mm.
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。
导波雷达发出的高频微波脉冲沿着探测组件（钢缆或钢棒）传播，遇到被测介质，由于介电常数突变，引起反射，一部分脉冲能量被反射回来。发射脉冲与反射脉冲的时间间隔与被测介质的距离成正比。
由于采用了的微处理器和的 Echo Discovery 回波处理技术，导波雷达物位计可以适用于各种复杂工况及应用场合。如:高温、高压及小介电常数介质等；而采用脉冲工作方式，导波雷达物位计发射功率低，可安装于各种金属、非金属容器内，对人体及环境均无伤害。
本产品适用于非防爆场合，如需防爆产品需注明
在整个量程范围内确定缆或棒不要接触到内部障碍物，因此安装时应尽可能避开管内设施，
如:人梯、限位开关、加热设备、支架等。另外需注意缆或棒不得与加料料流相交。
安装仪表时还需注意:高料位不得进入测量盲区；仪表距离罐壁保持一定的距离；
仪表的安装尽可能使缆或棒的方向与被测介质的表面垂直。
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。