雷达液位计

雷达液位计

液位仪表是工业测量中不可缺少的重要仪表。液位仪表的种类繁多，根据介质和现场条件的不同，各类液位计各具优势，形成一个多元化的局面

•浮子钢带式液位计安装复杂，可靠性较低，静压式液位计受介质密度和温度影响很大，为消除这些影响，一套完善的静压测量系统其价格也很高；伺服式液位计精度较高，但由于其有机械传动机构，不可避免带来磨损问题，同时价格也偏高。

近年来出现的光纤液位计、磁致伸缩液位、超声波液位计以及核辐射液位计各具其优缺点，光纤液位计可以做到现场无电检测，安全性好，这是其突出的优势，缺点是仍然有很多机械传动部件，故障率就会增加，安装也复杂些。

•磁致伸缩液位精度较高，但由于其接触的测量方式和较高的安装、维护要求导致市场普及不广。超声波物位计虽精度较雷达液位计略低，但其安装简单价格适中，在防爆领域，目前超声波液位仪的量程是一个问题，一般小于8米，遇到高温罐，问题也会更大。

•核辐射液位计因有放射源，应用需特别批准，应用范围受到限制。而雷达液位计进入市场后，由于自身的优势迅速成为液位测量中的首选仪表。雷达液位计是一种高可靠质量的非接触式液位测量仪表。综合解决了原先大多数标准插入式仪表检测元件易被介质污染和腐蚀等诸多难题；技术先进的雷达液位计发出的雷达波，能可靠地测量其它液位测量仪表所达不到的液位测量精度，无论被测介质的密度介电常数和导电率发生变化，雷达液位计的测量都将不会受到影响，此外，它的雷达波还能穿透许多泡沫或烟雾、蒸汽介质，而不受变化的环境影响，而能可靠地测量其液位的精确值。

什么是雷达液位计：雷达液位计是通过天线向被测介质物位发射微波，然后测出微波发射和反射回来时间而的容器内液位的一种仪表.

雷达液位计特点：

1.无位移、无传动部件、非接触式测量，不受温度、压力，蒸汽、气雾和粉尘的限制，适用于粘度大的介质、有毒或无害卫生型介质、有腐蚀性戒指的物位测量。

2.雷达液位计没有测量盲区，精度（分辨率）可以做得很高，液位测量误差最高可达1mm（特殊的可达0.1mm）,故可以作为商用计量仪表。

•雷达液位计输出4-20mADC的模拟信号，其上叠加数字信号，实现模拟信号与数字信号兼容，大多数符合HART协议，它能为用户提供更多具有吸引力的方案，特别适用于液面波动大、凝洁、悬浊液、非常粘稠浆液、脏污介质及有腐蚀性的液面测量，可广泛用于石油、化工、冶金、造纸等工业领域。

自上个世纪九十年代以来，雷达液位计进入市场，由于测量精度高、超群的耐高温高压的能力以及采用了非接触的测便，其较高的可靠性成为近十年来罐区液位过程监测的首选仪表。

一概述：

•雷达液位计的优势：

雷达液位计采用非接触式测量方法。非接触式测量方法是今年来测量物位的主要方法，目前较成熟的非接触测量技术有超声波、核辐射和微波。而在化工、石化等过程工业领域，由于被测介质普遍存在高温、高压、腐蚀、挥发、冷凝等复杂工况，且对测量仪表有防爆要求。相比与超声波，微波传播的自身特点决定

了雷达液位计的使用优势：

–定向传播。

–准光学特性。

–传输特性好。

–介质对微波吸收与介质的介电常数成比例

•由其自身特性决定，雷达液位计在使用上具有以下优势：

•连续准确测量：由于雷达液位计不与被测介质接触，且受温度、压力、气体等影响非常小。

•维护方便，操作简单：雷达液位计具有故障报警及自诊断功能。

•适用范围广：非接触式测量，方向性好，传输损耗小，可测介质多。

•安装简单：在各行业应用中，雷达液位计可直接安装到储罐顶部，安装十分简单。

二、基本组件

• 雷达液位计主要由雷达探测器（一次表）和雷达显示仪（二次表）组成。雷达探测器主要由主体、连接法兰和天线三部分组成。雷达探测器的主体中包括微波信号源、信号处理部分；天线分为喇叭型和直接与波导管连接两种形式。雷达显示仪提供连接上位计算机的RS-485接口，可以传递液位等参数及报警信号，亦可通过上位计算机对智能雷达显示仪进行控制。

三、工作原理

雷达液位计的工作原理如图所示

•雷达液位计中的线性调频源产生的高频振荡信号通过天线发射电磁波，电磁波遇到被测介质液面被反射回来，发射波与反射波经混频后得到差频信号，此信号与延迟时间I相关，并与天线至液面的距离H相对应。

•差频信号经放大，A/D变换，FFT等计算，分析处理后，将液面数据输出，送至现场FDU显示，同时可通过串行中线送至远距离的集中处理单元CTP进行显示

•PDU现场显示单元由电源模块，显示接口电路，LCD模块组成，其原理框图如图所示

四、测量原理

•雷达探测器采用的是线性调频连续波测距原理：

天线发射的微波是频率波线性调制的连续波,当回波被天线接收到时,天线发射频率已经改变。根据回波与发射波的频率差可以计算出物料面的距离。•雷达物位仪表的天线系统发射仅INS长的极短的微波脉冲，发射和接收系统一样。通过特殊的方法，精确地测量脉冲微波的运行时间，并计算出物位。微波是一种电磁波，它不需要传播介质，雷达液位计即可用来测量液体的液位，也可用来测量固体料位。

•雷达探测器的主体中包括微波信号源、信号处理部分。工作过程中，微波信号

源输出一个波幅恒定的线性调频的微波信号，其产生的频率输出如下图所示：微波信号源

图1：调频性连续波信号与回波信号示意图•根据微波传播原理知道：发射频率随时间线性增加，增加的斜率为k，当发射出去的连续波遇到液频率如图1中点划线所示，它比发射信号滞后了一定时间τ。

τ＝2R/C (1)式中C是微波在空间中中的传播速度3×108km/s，R是液面距雷达液位仪的距离。

由于回波信号频率的滞后，使得反射频率与发射信号频率之间的差频为：f=kτ (2)

•将以上两式合并后可以得到：R=C×f/2k显然R与f是成正比的，反射液面离液位仪的距离越远所产生的差频频率f越大，因此可计算天线到反射面的距离。

•信号处理部分：

信号处理部分则对回波信号与发射信号的混合信号进行处理，通过

测量混合信号频谱，用快速傅立叶（傅氏）变换（FFT）来计算混合信号，从中对混合信号频谱进行分析，排除掉干扰信号，然后确定天线到反射界面的距离，从而完成测量。