雷达物位计的原理及应用

1、雷达物位计的原理及应用一、概述料位是工业生产中的一个重要参数。料位测量的方法很多，针对不同的工况和介质可以使用不同测量原理的料位计，吹气法、静压式、浮球式、重锤式、超声波等几种常用的料位测量仪表，都有各自的特点和应用范围。雷达料位计运用先进的雷达测量技术，以其优良的性能，尤其是在槽罐中有搅拌、温度高、蒸汽大、介质腐蚀性强、易结疤等恶劣的测量条件下，显示出其卓越的性能，在工业生产中发挥着越来越重要的作用。二、原理及技术性能雷达波是一种特殊形式的电磁波，雷达料位计利用了电磁波的特殊性能来进行料位检测。电磁波的物理特性与可见光相似，传播速度相当于光速。其频率为300MHz-3000GHz电磁波可以穿

2、透空间蒸汽、粉尘等干扰源，遇到障碍物易于被 反射，被测介质导电性越好或介电常数越大，回波信号的反射效果越好。雷达波的频率越高，发射角越小，单位面积上能量(磁通量或场强)越大，波的衰减越小，雷达料位计的测量效果越好。1 .雷达料位计的基本原理 雷达式料位计组成：它主要由发射和接收装置、信号处理器、天线、操作面板、显示、故障报警等几部分组成。发射反射接收是雷达式料位计工作的基本原理。雷达传感器的天线以波束的形式发射最小5.8GHz的雷达信号。反射回来的信号仍由天线接收，雷达脉冲信 号从发射到接收的运行时间与传感器到介质表面的距离以及物位成比例。即：h= H-vt/2式中h为料位；H为槽高；v为雷达

3、波速度；t为雷达波发射到接收的间隔时间;2 .雷达料位计测量料位的先进技术：(1 )回波处理新技术的应用从雷达料位计的测量原理可以知道，雷达料位计是通过处理雷达波从探头发射到介质表面然后返回到探头的时间来测量料位的，在反射信号中混合有许多干扰信号， 所以， 对真实回波的处理和对各种虚假回波的识别技术就成为雷达料位计能够准确测量的关键因素。(2)测量数据处理：由于液面波动和随机噪声等因素的影响，检测信号中必然混有大量噪声。为了提高检测的准确度，必须对检测信号进行处理，尽可能消除噪声。经过大量的实验验证，采用数据平滑方法可以达到满意的效果。此方法也可有效的克服罐内搅拌器对测量的影响。(3)雷达料位

4、计的特点：由于雷达料位计采用了上述先进的回波处理和数据处理技术，加上雷达波本身频率高，穿透性能好的特点，所以， 雷达料位计具有比接触式料位计和同类非接触料位计更加优良的性能。可在恶劣条件下连续准确地测量。操作简单，调试方便。准确安全且节省能源。无需维修且可靠性强。几乎可以测量所有介质。三、安装应注意的问题当测量液态物料时，传感器的轴线和介质表面保持垂直；当测量固态物料时，由于固体介质会有一个堆角，传感器要倾斜一定的角度。(2 )尽量避免在发射角内有造成假反射的装置。特别要避免在距离天线最近的1/3 锥形发射区内有障碍装置(因为障碍装置越近，虚假反射信号越强)。若实在避免不了，建议用一个折射板将

5、过强的虚假反射信号折射走。这样可以减小假回波的能量密度，使传感器较容易地将虚假信号滤出。(3 )要避开进料口，以免产生虚假反射。(4)传感器不要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安装，最佳安装位置在容器半径的1/2处。(5)要避免安装在有很强涡流的地方。如：由于搅拌或很强的化学反应等，建议采用导波管或旁通管测量。(6)若传感器安装在接管上，天线必须从接管伸出来。喇叭口天线伸出接管至 少1 0 mm棒式天线接管长度最大100或250mm接管直径最小250mm可以采 取加大接管直径的方法，以减少由于接管产生的干扰回波。(7)关于导波管天线：导波管内壁一定要

6、光滑，下面开口的导波管必须达到需要的最低液位，这样才能在管道中进行测量。传感器的类型牌要对准导波管开孔的轴线。若被测介电常数小于4,需在导波管末端安装反射板，或将导波管末端 弯成一个弯度，将容器底的反射回波折射走。四、应用中存在的问题及解决方法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探头结疤和频繁故障的解决方法第一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：将最高料位设定值减小0.5m 左右，当料位达到该最高值时，即可

7、停进料泵或开启出料泵。2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

8、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，这是其应用的局限性。4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。五、结束语雷达料位计是目前各类料位测量仪表中适用范围最广、测量最精确、维护最方便的料位测量仪表。随着其价格的进一步降低，性价比的提高，应用将会越来越广泛， 在料位测量中发挥越来越重要的作用。本文对其进行系统的阐述，旨在为广大维护人员更好地使用和

9、掌握它，希望能对大家提供一些借鉴和帮助。雷达物位计计的特点，原理，安装使用和维护(图)雷达物位计计的特点(1)雷达物位计 采用一体化设计，无可动部件，不存在机械磨损，使用寿命长。(2)雷达物位计测量时发出的电磁波能够穿过真空，不需要传输媒介，具有不受大气、蒸 气、槽内挥发雾影响的特点，能用于挥发的介质如粗苯的液位测量。(3)雷达物位计几乎能用于所有液体的液位测量。电磁波在液位表面反射时，信号会衰减， 当信号衰减过小时，会导致雷达液位计无法测到足够的电磁波信号。导电介质能很好地反射电磁波，对MAT雷达液位计，甚至微导电的物质也能够反射足够的电磁波。介电常数大于1.5的非导电介质(空气的介电常数为

10、1.0)也能够保证足够的反射波，介电常数越大，反射信号越强。在实际应用中，几乎所有的介质都能反射足够的反射波。(4)采用非接触式测量，不受槽内液体的密度、浓度等物理特性的影响。(5)测量范围大，最大的测量范围可达035m,可用于高温、高压的液位测量。(6)天线等关键部件采用高质量的材料，抗腐蚀能力强，能适应腐蚀性很强的环境。(7)功能丰富，具有虚假波的学习功能。输入液面的实际液位，软件能自动地标识出液面 到天线的虚假回波，排除这些波的干扰。(8)参数设定方便，可用液位计上的简易操作键进行设定，也可用HART协议的手操器或装有MAT软件的PC机在远程或直接接在液位计的通信端进行设定，十分方便。以

11、上内容来自 MAT 雷达物位计的原理雷达物位计采用发射 反射 接收的工作模式。雷达液位计的天线发射出电磁波，这些波经被测对象表面反射后，再被天线接收，电磁波从发射到接收的时间与到液面的距离成正比，关系式如下：D=CT/2式中D 雷达液位计到液面的距离；C 光速；T电磁波运行时间。雷达物位计记录脉冲波经历的时间，而电磁波的传输速度为常数，则可算出液面到雷达天线的距离，从而知道液面的液位。3. 雷达 液位计 安装的留意事项雷达液位计能否准确丈量，依靠于反射波的信号。假如在所选择安装的位置，液面不能将电磁波反射回雷达天线或在信号波的范围内有干扰物反射干扰波给雷达液位计，雷达液位计都不能准确反映实际液

12、位。因此， 公道选择安装位置对雷达液位计十分重要，在安装时应留意以下几点：（ 1）雷达物位计天线的轴线应与液位的反射表面垂直。（ 2）槽内的搅拌阀、槽壁的黏附物和蹊径等物体，假如在雷达液位计的信号范围内，会产生干扰的反射波，影响液位丈量。在安装时要选择合适的安装位置，以避免这些因素的干扰。（ 3）喇叭型的雷达液位计的喇叭口要超过安装孔的内表面一定的间隔（>10mm ）。棒式液位计的天线要伸出安装孔，安装孔的长度不能超过100mm。对于圆型或椭圆型的容器，应装在离中央为1/2R（ R 为容器半径）间隔的位置，不可装在圆型或椭圆型的容器顶的中央处，否则雷达波在容器壁的多重反射后，汇集于容器顶

13、的中央处，形成很强的干扰波，会影响正确丈量。（ 4）对液位波动较大的容器的液位丈量，可采用附带旁通管的液位计，以减少液位波动的影响。安装完毕以后，可以用装有MAT 软件的 PC 机观察反射波曲线图，来判定液位计安装是否恰当，如不恰当，则进一步调整安装位置，直到满足为止。在我公司的贮槽中，最初我们选择雷达液位计安装于离槽壁大约300mm 的位置，用PC 机观察反射波曲线图如图2a 所示，在反射波前有一很强的干扰波，造成这种干扰波的主要原因可能是槽壁上的积垢。为避免这些因素的影响，我们选择在距天线和支撑柱间隔各为1000mm 的位置如图1b 所示，用装有MAT 软件的 PC 机观察反射波曲线图如图

14、2b 所示，降低了干扰波的强度，有效地去除了干扰波的影响。对于有些安装位置无法避免的干扰波如图2b 的干扰波，还可利用MAT 雷达物位计识别虚假波的功能，液位计能根据实际液位标识出干扰反射波，并存于雷达液位计的内部数据库，使雷达液位计在数据处理时能识别这些干扰波，去除这些干扰反射波的影响，保证丈量的正确性。4. 雷达物位计的维护雷达无谈及主要由电子元件和天线构成，无可动部件，在使用中的故障极少。 使用中偶然碰到的题目是，贮槽中有些易挥发的有机物会在雷达液位计的喇叭口或天线上结晶，对它们只要按期检查和清理即可，维护量少。在日常维护中，可以用 PC机（装有MAT软件）远程观察反射波曲线图，对于后来

15、可能新产生的干扰波，可以利用液位计有识别虚假波的功能，除去这些干扰反射波的影响，保证正确丈量CTS-LD型雷达物位计口下载该型号详细资料1 .概述CTS-LD60系列智能雷达物位计用于对液体、浆料或颗粒料的物位进行非接触式连续测量，且不受被测介质物理特性变化影响，即使是温度、压力变化大，有惰性气体及挥发性气体存在的场合也能适用。采用微波脉冲的测量方法，并可在工业频率波段范围内正常工作。波束能量较低,可安装于各种金属、非金属容器或管道内，对人体及环境均无伤害。两线制技术，高精度，是差 压仪表、磁致伸缩、磁翻板仪表的优良替代产品。CTS-LD40系列导波雷达物位计用于连续测量液体、固体料位。测量不

16、受温度、液体密度、液体表面的泡沫、固体物料的疏松程度、加料时的粉尘等因素的影响。同轴式的探极测量完全不受罐体及安装短管的内部结构的影响；棒式探极和缆式探极可更换。采用HART或PROFIBUS-PA 通信协议及基金会现场总线协议，标定简便、通过手技编程器实现现场标定操作。两线制技术，高精度，是差压仪表、磁致伸缩、磁翻板仪表的优良替代产品。2 .产品简介1.CTS-LD60 系歹U雷达式物位计共有CTS-LD61 、 CTS-LD62 、 CTS-LD63 、 CTS-LD64 四种类别，简介如下：CTS-LD60系列智能¥52雷达物位 仪表1I1tl类别CTS-LD61CTS-LD6

17、2CTS-LD63CTS-LD64应用过程条件简单，腐 蚀性的液体、浆料、 固体比如：水液储罐 酸碱储罐 浆料储罐固体颗粒小型储油罐存储或过程容器腐蚀 性的液体、浆料、固 体比如：水液储罐 酸碱储罐 浆料储罐 固体颗粒小型储油罐适应各种存储容器 或过程计量环境，液 体、浆料、固体比如：原油、轻油储罐原煤、粉煤仓位挥发性 液体储罐焦碳料位 浆料储罐固体颗粒过程容器大量程的 液体、浆料、固体比 如：原油、轻油储罐 原煤、粉煤仓位挥发性液体储罐焦碳料 位浆料储罐固体颗粒测量范围20米20米30米45米过程温度-40-130 C-40-170 C-40-350 C-40-300 C过程压力-1.0-4

18、0bar-1.0-40bar-1.0-60bar-1.0-60bar精度i3mm±3mm虫mmi2-5mm信号输出4-20mA/HART4-20mA/HART4-20mA/HART4-20mA/HART过程连接螺纹法兰法兰法兰防爆/防护 等级EXiaIICT6/IP68EXiaIICT6/IP68EXiaIICT6/IP68EXiaIICT6/IP68天线材质PVDF/PTFEPVDF/PTFE316L不锈钢/C22哈氏合金316L不锈钢/C22哈氏合金频率范围8.4GHZ8.4GHZ10.2GHZ10.2GHZ波束角24°24°18（DN150 法 兰）14 （

19、DN200 法 兰）10 （DN250 法兰）18（DN150 法 兰）14 （DN200 法 兰）10 （DN250 法兰）2.CTS-LD40 系列雷达式物位计共有 CTS-LD41、CTS-LD42、CTS-LD43 三种类别， 简介如下:CTS-LD40系列导波雷达物位仪表Ti11JIK*类别CTS-LD41CTS-LD42CTS-LD43应用液体、固体颗粒液体、固体颗粒液体、固体颗粒测量范围35米6米6米过程温度-40-250 C-40-250 C-40-350 C过程压力-1.0-40bar-1.0-60bar-1.0-40bar精度七mmkmm出mm信号输出4-20mA/HART

20、4-20mA/HART4-20mA/HART过程连接螺纹、法兰螺纹、法兰螺纹、法兰防爆/防护等级EXiaIICT6/IP68EXiaIICT6/IP68EXiaIICT6/IP68频率范围100MHZ-1.8GHZ100MHZ-1.8GHZ100MHZ-1.8GHZ二.主要技术指标1.CTS-LD60 系歹U : 电源：24VDC住10%),波纹电压：1Vpp耗电量：max : 22.5mA 两线制接线（供电和信号输出共用一根两芯导线） 电缆入口： 2个M2O 1.5 （电缆直径 5-9mm ） 重复性 ：i3mm 分辨率 ：1mm 采样：回波采样54次/s 响应速度：0.3s（根据具体使用情

21、况而定 ）2、CTS-LD40 系歹U: 电源：24VDC住10%）,纹波电压：1Vpp 耗电量：max 22.5mA 两线制：仪表供电和信号输出共用一根两芯导线 电缆入口： 2个 M20X 1.5（电缆直径 5-9mm） 重复性：±3mm 分辨率：1mm 采样：回波采样 54次/s响应速度：0.2S （根据具体使用情况而定）三、外形尺寸mmDbkdDN50165161254X0 18DN80200161608X0 18DN100220161808X0 18DN150285182408X0 222.CTS-LD63 、CTS-LD64 尺寸mmDbkdXYDN50165161254X

22、0 18-DN80200161608X0 187568DN100220161808X0 1896105DN150285182408X0 22146185DN2003401829512X022190268DN2504051835512X026240360、CTS-LD43 尺寸3.CTS-LD41 、CTS-LD42mmDbkdDN40150161104X0 18DN50165161254X0 18DN80200201608X0 18DN100220161808X0 18DN150285182408X0 224.手持编程器尺寸15四、订货须知订货时用户应提供下列数据: 订货单位名称 贮罐类型、编

23、号 安装方式 被测介质名称介质粘附性被测介质介电常数 比重（旁通波导管） 最高工作压力 介质温度 罐底到安装法兰下平面高度 旁通管下进液口到安装法兰下平面高度 旁通管总高度 最大量程 连接法兰规格 贮罐剖面图 联系人、联系电话测量原理发射能量很低的极短的微波脉冲通过天线系统发射并接收。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。一种特殊的时间延伸方 法可以确保极短时间内稳定和精确的测量。即使工况比较复杂的情况下，存在虚假回波，用最新的微处理技术和调试软件也可以准确的分析出物位的回波。输入天线接收反射的微波脉冲并将其传输给电子线路，微处理器对此信号进行处理，识别出微脉冲在物料表面

24、所产生 的回波。正确的回波信号识别由智能软件完成，精度可达到毫米级。距离物料 表面的距离 D与脉冲的时间行程 T成正比：D=O T/2其中C为光速因空罐的距离 E已知，则物位 L为：L=E-D输出通过输入空罐高度 E （二零点），满罐高度 F （二满量程）及一些应用参数 来设定，应用参数将自动使仪表适应测量环境。对应于4 20mA输出。编辑本段应用介质H HBRD800系列雷达物位计适用于对液体、浆料及颗粒料的物位进行非 接触式连续测量，适用于温度、压力变化大；有惰性气体及挥发存在的场合。九采用微波脉冲的测量方法，并可在工业频率波段范围内正常工作。波束能量较低，可安装于各种金属、 非金属容器或

25、管道内， 对人体及环境均无伤害。编辑本段产品简介HBRD800系列智能雷达物位仪表类另IHBRD801 HBRD802 HBRD803应 用 过程条件简单，腐蚀性的液体、浆料、固体比如：水液储罐酸碱储罐浆料储罐固体颗粒小型储油罐存储或过程容器腐蚀性的液体、浆料、固体比如：水液储罐酸碱储罐浆料储罐固体颗粒小型储油罐 适应各种存储容器或过程计量环境，液体、浆料、固体比如：原油、轻油储罐原煤、粉煤仓位挥发性液体储罐焦碳料位浆料储罐固体颗粒测量范围20米20米35米过程连接螺纹法兰法兰过程温度-40-130 C -40-150 C -40-250 C过 程压力-1.0-3bar -1.0-20bar

26、-1.0-40bar重复性 ± 3mm ± 3mm ± 3mm精度 < 0.1% < 0.1% < 0.1%频率范围 6.8GHz 6.8GHz 6.8GHz防爆 /防护等级EXiaIICT6/IP68 EXiaIICT6/IP68 EXiaIICT6/IP68信 号输出 4 20mA/HART（ 两线）4 20mA/HART 两线）420mA/HART（ 两线 ）技术数据基本参数工作频率：6.8GHz波 束 角：24° HBRD801, HBRD80218° HBRD803 带 DN150 法兰14° HBRD80

27、3 带 DN200 法兰12° HBRD803 带 DN250 法兰测量范围：0-35m重复性： ± 3mm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）电流信号：4- -20mA精度 ： <0.1%天线材质HBRD801 、 HBRD802 为 PP/PTFEHBRD803 为 316L 不锈钢通讯接口HART 通讯协议过程连接HBRD801 （PP ， PTFE 天线 ） ： G1-1/2 316L 不锈钢， ：HBRD802（ 棒式天线） ：翻边法兰DN50 ， DN80 ， DN100 ， DN150HBRD803（ 喇叭口形式天线）：法兰DN50 ， DN80 ， DN100 ， DN150 ， DN200 ， DN250电源 电源： 24V DC（+/-10%） ，波纹电压：1Vpp耗电量：max22.5mA环境条件 温度：40 c+80 C容器压力（表压）1- -40bar防爆认证ExiaII C T6外壳保护等级IP68两线制接线供电和信