雷达液位计的测量原理

雷达液位计的工作原理

雷达液位计的工作原理

发射—反射—接收是雷达液位计的基本工作原理。

雷达传感器的天线以波束的形式发射电磁波信号，发射波在被测物料表面产生反射，反射回来的回波信号仍由天线接收。发射及反射波束中的每一点都采用超声采样的方法进行采集。信号经智能处理器处理后得出介质与探头之间的距离，送终端显示器进行显示、报警、操作等。微波测距示意图如图1所示。

图中，E－空槽（罐）的高度；F—满槽（罐）的高度； D—探头至介质表面的距离；L—实际物位

雷达脉冲信号从发射到接收的运行时间与探头到介质表面的距离D成正比，即：

D=v×t/2

式中，t—脉冲从发射到接收的时间间隔

v—波形传播速度

因空槽距离E已知，故实际物位的距离L为：

L=E-D

式中，E的基准点是过程连接的底部

在发射的时间间隔里，天线系统作为接收装置使用。仪表分析、处理运行时间小于十亿分之一秒的回波信号，并在极短的一瞬间分析处理回波。

雷达传感器利用特殊的时间间隔调整技术将每秒的回波信号进行放大、定位，然后进行分析处理。因此雷达传感器可以在0.1s内精确细致地分析处理这些被放大的回波信号，无须花费很多时间来分析频率。

雷达液位计的特点

雷达液位计最大的特点是在恶劣条件下功效显著。无论是有毒介质，还是腐蚀性介质，也无论是固体、液体还是粉尘性、浆状介质，它都可以进行测量。在测量方面，具有以下特点：

1、连续准确地测量

由于电磁波的特点，不受环境的影响。故其测量的应用场合比较广。雷达液位计的探头与介质表面无接触，属非接触测量，能够准确、快速地测量不同的介质。探头几乎不受温度、压力、气体等的影响（500℃时影响仅为0.018%，50bar时为0.8%）。

2、对干扰回波具有抑制功能

雷达液位计的测量原理、特点与应用

摘 要：雷达液位计是一种非接触式无可动部件、真正免维护的液位测量仪表。该仪表经过多年的应用及技术改进，目前广泛应用于石化行业，并得到了用户的认可。本文简要介绍了雷达液位计的2种不同的测量原理，根据其特点与优点，指出了适合应用的场合及安装要求。

关键词：雷达液位计 脉冲微波 调频连续波 应用

雷达液位计是20世纪60年代中期国外开始生产使用的新技术产品。它是一种采用微波测量技术、非接触式的液位测量仪表。在初期，它主要用于海船油槽液位测量。它克服了以前使用机械式接触型液位仪表的诸多缺点，比如清洗的困难和维修的不便等。随后，雷达液位计被用于在岸上储罐液位的测量以及炼油装置中液位的测量。随着石油化工行业的不断发展，雷达液位计的应用范围日益广泛，特别是高精度的特点得到了国际计量机构的认证，满足贸易交接的物料计量要求[1]。

一、雷达液位计的测量原理与特点

雷达液位计是利用超高频电磁波经天线向被测容器的液面发射，当电磁波到达液面后反射回来，被同一天线接收并检测出发射波及回波的时差，从而计算出液面高度[2]。

雷达液位计有2种工作模式，分别对应两种测量原理。

1.脉冲微波方式(PTOF)

这种方式是一种“俯视式”时间行程测量系统，测量系统经过天线以固定的带宽周期地发射某一固定频率的微波脉冲，在被测物料表而产生反射后由雷达系统所接收。天线接收反射的微波脉冲并将其传给电子线路，微处理器对此信号进行处理，识别出微波脉冲在物料表而所产生的回波，并据此计算液位(如图1所不)，将被测液位距离成正比关系的时间再转换为电信号。

2.调频连续波方式(FMCW)

这种方式的雷达液位计的微波源是x波段的旅控振荡器，天线发射的微波是频率被线形调制的连续波，当回波被天线接收到时，微波发射频率已经改变。发射波与回波的频率差正比于天线到液面的距离，以此计算出液位高度。

二、PTOF法与FMCW法的比较

对于PTOF方法，脉冲的时间行程可以直接返回到不受温度影响的石英振荡器。对于FMCW方法，必须采用昂贵的振荡器温度稳定装置，或安装内部的参

雷达液位计的工作原理

雷达液位计是一种常用于测量液体或固体容器内液位高度的仪器，其工作原理基于雷达技术。雷达液位计通过发送雷达波束，接收并分析回波信号来确定液位高度，具有高精度、可靠性高和适应性强的特点。

1. 工作原理概述

雷达液位计的工作原理类似于雷达测距。它通过发送雷达波束，当波束遇到容器内的液体或固体物质时，会发生反射。接收器可以接收到反射回来的雷达波，并根据回波的时间延迟来确定液位高度。

2. 发射器和接收器

雷达液位计包含一个发射器和一个接收器。发射器负责产生雷达波束，并将其发送至容器内。接收器则用于接收反射回来的波束并测量回波的时间延迟。

3. 频率和功率

雷达液位计使用的雷达波频率通常在1至100 GHz之间。波束的功率取决于测量所需的范围和环境条件。一般情况下，较短的范围需要较高的功率。

4. 反射和回波

当雷达波束遇到液体或固体物质时，发生反射并产生回波。液位计接收器接收到这些回波，并分析回波的属性来确定液体或物质的高度。 5. 时间延迟和液位测量

雷达液位计通过测量回波的时间延迟来确定液位高度。回波的时间延迟取决于发射器发射雷达波根据液体或物质的位置，经过空气传播的时间，以及回到接收器的时间。根据时间延迟，液位计可以计算出液位高度。

6. 算法和精度

雷达液位计使用特定的算法来处理回波信号，并将其转换为液位高度。这些算法可以通过降噪、滤波和校准等方式提高测量的精度和准确度。

7. 应用领域

雷达液位计广泛应用于工业和商业领域。例如，在石油化工行业中，雷达液位计可用于测量储罐内的油品水平；在食品加工行业中，它可用于监测罐内的液体或固体食品的容量。

总结：

雷达液位计是一种基于雷达技术的仪器，通过发送和接收雷达波束来测量液体或固体容器内的液位高度。它的工作原理是利用回波的时间延迟来确定液位，并通过特定的算法来处理回波信号，提高测量的精度和准确度。雷达液位计具有高精度、可靠性高和适应性强的特点，广泛应用于各个领域。

超声波液位计和雷达液位计的区别

我们一般把声波频率超过20kHz的声波称为超声波，超声波是机械波的一种，即是机械振动在弹性介质中的一种传播过程，它的特征是频率高、波长短、绕射现象小，另外方向性好，能够成为射线而定向传播。超声波在液体、固体中衰减很小，因而穿透能力强，尤其是在对光不透明的固体中，超声波可穿透几十米的长度，碰到杂质或界面就会有显著的反射，超声波测量物位就是利用了它的这一特征。

在超声波检测技术中，不管那种超声波仪器，都必须把电能转换超声波发射出去，再接收回来变换成电信号，完成这项功能的装置就叫超声波换能器，也称探头。如图所示，将超声波换能器置于被测液体上方，向下发射超声波，超声波穿过空气介质，在遇到水面时被反射回来，又被换能器所接收并转换为电信号，电子检测部分检测到这一信号后将其变成液位信号进行显示并输出。

由超声波在介质中传播原理可知，若介质压力、温度、密度、湿度等条件一定，则超声波在该介质中传播速度是一个常数。因此，当测出超声波由发射到遇到液面反射被接收所需要的时间，则可换算出超声波通过的路程，即得到了液位的数据。

超声波有盲区，安装时必须计算预留出传感器安装位置与测量液体之间的距离。

雷达液位计 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

雷达液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。

在实际运用中，雷达液位计有两种方式即调频连续波式和脉冲波式。采用调频连续波技术的液位计，功耗大，须采用四线制，电子电路复杂。而采用雷达脉冲波技术的液位计，功耗低，可用二线制的24V DC供电，容易实现本质安全，精确度高，适用范围更广。