雷达液位计基本原则解析与常规应用

雷达料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。

基本原理
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。

KERD-800/900系列雷达料位计的频率越高，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。

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小5.8GHz的雷达信号。反射回来的信号仍由天线接收，KERD-800/900系列雷达料位计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为雷达波速度；t为雷达波发射到接收的间隔时间

NIVELCO导波雷达料位计是依据时域反射原理（ T D R T i m eDomain Reflectometry）为基础的雷达料位计,时域反射原理首先是用于通讯电缆的故障检测，今天我们将导波雷达料位计成功应用于工业测量领域.[1] 

先进技术
1.回波处理新技术的应用

雷达料位计
从KERD-800/900系列雷达料位计雷达料位计的测量原理可以知道，KERD-800/900系列雷达料位计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KERD-800/900系列雷达料位计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，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.KERD-800/900系列雷达料位计雷达料位计的特点：

由于KERD-800/900系列雷达料位计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，KERD-800/900系列雷达料位计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。

①可在恶劣条件下连续准确地测量。

②操作简单，调试方便。

③准确安全且节省能源。

④无需维修且可靠性强。

⑤几乎可以测量所有介质。

安装应注意的问题

（1）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，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，天线须从接管伸出来。喇叭口天线伸出接管至少10mm。棒式天线接管长度大100或250mm。接管直径小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：导波管内壁一定要光滑，下面开口的导波管须达到需要的低液位，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。

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

导波雷达料位计

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：将高料位设定值减小0.5m左右，当料位达到该高值时，即可停进料泵或开启出料泵。

2．KERD-800/900系列雷达料位计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。

特点
导波雷达料位计是测量料位的佳方法;导波雷达料位计测量不受罐体形状的影响；也不受介电常数、温度、压力与密度的影响；导波雷达料位计的测量长度可以灵活变更，无须标定；测量结果具有高精度、可重复性、高分辩率；NIVELCO导波雷达料位计的测量范围可达24米，适用的介质温度范围-50℃∽+250℃，适用的压力范围高达40bar；导波雷达料位计有多种探头类型和材质可供选择；数字化显示和防爆认证可供选择。

应用指南
雷达料位计适用于酸碱储罐、浆料储罐、固体颗粒、小型储油罐。各类导电、非导电介质、腐蚀性介质。如煤仓、灰仓、油罐、酸罐等

不同类型雷达料位计
雷达料位计导波雷达料位计的技术优势：雷达料位计对液体、颗粒及浆料连续物位测量。测量不受介质变化、温度变化、惰性气体及蒸汽、粉尘、泡沫等的影响。雷达料位计的精度为5mm，量程60米，耐250度高温、40公斤高压，雷达料位计适用于爆炸危险区域。

调频连续波雷达料位计的技术优势：用于液体或固体的非接触液位变送器 不受电导常数，温度，压力和密度变化影响， 雷达料位计的精度可达±1mm 测量范围可达100m ，罐底跟踪（TBF）方式用于测量低电导常数，介质法兰温度可达250ºC 介质温度-60ºC—600ºC 压力可达64bar HART，通讯方式PA，FF，RS485 ATEX爆炸测试认证。

高频雷达物位计
前已成为市场上的主流产品目，主要分为KERD-800/900系列雷达料位计脉冲雷达物位计和导波雷达物位计。低频脉冲雷达物位计尽管具有价格相对低廉的优点，但在主要应用领域中，属于逐渐被淘汰的产品。与低频脉冲雷达物位计相比，高频脉冲雷达物位计在应用过程中有以下优点：

1．KERD-800/900系列雷达料位计高频雷达物位计（主要指26GHz和24GHz）具有能量高，波束角小，天线尺寸小，精度高等优点。

2.26GHz雷达波长11mm，6GHz雷达波长50mm，雷达物位计在测量散装料位时，雷达波反射主要来自料面的漫反射，漫反射的强度与物料大小成正比，与波长成反比，而大部份散装料直径远远小于50mm，这就是目前26GHz雷达是测量散装料物位佳选择的原因。

3．在一些直径小而高度并不是很高的小型罐的应用中，6GHz雷达天线长（300-400mm）无形中增大了盲区（大约600mm），另外由于6GHz雷达方向性差（开角大）在小罐中会产生多径反射；而26GHz雷达频率高，天线短，方向性好，克服了6GHz雷达的缺点，适用于小罐测量。

4．由于现场环境恶劣，随着时间推移，雷达天线会堆积污物、水汽等，26GHz雷达天线小，附加天线罩可大大改善因污物、水汽造成的影响；6GHz雷达天线大，加天线罩很困难。且仪表较沉重，清理困难。

5．由于26GHz雷达方向性好，很多恶劣工况，可通过简单隔离，将KERD-800/900系列雷达料位计雷达物位计装在容器外进行测量

雷达料位计的优点

雷达料位计是非接触式测量或TDR导波式测量
雷达料位计应用电磁脉冲进行快速测量，精度高，抗*力强
耐腐蚀（探头大多采用316不锈钢或PVDP等材料）
耐压高（40Kg/cm2）
耐温高（200℃

雷达料位计的注意事项

雷达料位计对于安装空间有一定的要求
● 注意介质的介电常数，并依据介电常数的大小选择适合的型号

技术参数编辑
列导波雷达料位计的技术参数如下：

精度 液体：量程小于15m时，±0.1mm；量程大于15m时，测量值±0.2%

固体：20mm±0.05%

温度飘移 0.01%/℃

重复性 1mm

介质温度 -50～250℃

法兰温度 -30～200℃/-30～150℃防爆型

环境温度 -30～60℃/-30～55℃防爆型

耐压 40bar

表头显示 LCD可选

标准输出 4～20mA/HART

故障诊断输出 22mA

供电 18～35VDC/ 小于28VDC防爆型

外壳材料 铸铝还氧涂层

防护等级 NEMA（IP68）

防爆 ATEX II 1G 或II 1/2 D T 100℃ EEX ia II C T6...T3或EEX ia II B T6...T3

重量 2Kg（无探头）

文章来自仪表网