FMCW高频电磁波雷达计在球罐上的应用.docx

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FMCW高频电磁波雷达计在球罐上的应用

孙彦军宁夏宝塔石化集团设计院

一、技术总则

1.1本投标书对我方提供的用于提供了技术方面的资料，包括功能设计、设备结构、性能和制造、安装和质量保证等方面的技术要求。

二、技术规范

2.1、产品的主要特点及优势：

1.全中文界面：

表头显示，菜单组态，在线帮助和故障记录等全部是中文界面，总共有9种文字；

2.表头屏幕大，信息量大：

显示屏幕有160x160点阵，9行字符，是目前市场中少有的；在设置参数时，它是计算机组态器（各种参数信息都有，具有大量在线帮助）；在调试时，它是示波器（看反射波形）；

3.示波器功能：

⏹导波雷达在表头上，可以提供距离/反射波形图，实时反映罐体内部的反射位置和强度，为现场调试和安装提供参考；

⏹射空雷达在表头上，可以提供距离/反射率波形图；大多数老产品是没有这功能，新一代的产品有，但是屏幕也没有这么大和清楚；

4.表头互换性好：

射空与导波的表头可以互换，与测量长度和介质无关；可以10台各种雷达产品配一个或者二个表头；可以降低整个项目成本；

5.通用性能好：

⏹无论单杆（缆）/双杆（缆）/同轴，顶上的导波雷达是一样的，简单修改一下内部参数就可以了；不需要不同种类的产品作为库存；

⏹射空雷达的天线可以互换，根据反射角度/测量距离等原因，可以直接将天线改为DN80或者DN100，不需要任何设置；

6.超低介电常数测量：

⏹导波雷达：

最小介电常数可以测到1.1（罐底跟踪法TBF）,直接测量法（DM）可以为1.4~1.6；最远测量距离可以达35米（介电常数大于10，单缆时）

⏹射空雷达:

最小介电常数可以测到1.5（TBF）；直接测量可以测的1.8，最远测量距离可以达80米（介电常数大于10，天线为DN100时）;

7.二线制，单/双（导波）4~20mA加免费HART，本安，隔爆：

导波雷达可以同时测量和输出液位和介位，所以有时需要双（4~20mA）输出。

订货数量大时，可以免费提供HART-UBS接口，

8.抗干扰能力强：

有一些确有成效的抗干扰的手段，可以克服罐体内部结构复杂，有泡沫，搅拌和液面晃动；

9.双腔结构：

一些厂家为了降低成本，选择单腔结构，或者塑料外壳；

10.工作原理与国际高端主流产品相同：

⏹导波雷达是时域法，计算雷达波（发射-反射-接受）时间*波速/2（=距离），再由已知的罐高减去距离得到液位，由液位进一步可以计算出罐内体积/质量（密度）；

⏹射空雷达是24~26GHz的调频连续波，与市场中大量低端的（5.8~6.5）GHz 的时域法产品有本质的不同，发射功率比低频的雷达要集中，天线可以小许多，测量距离远得多，我们的DN50天线相当于低频率的DN100。

⏹雷达的主要特点：

是目前国际公认的最有前途的液/物位产品，以介电常数为基础，与介质的密度，温度，压力和粘度等无关，导波雷达可以测量液位/物位/液体介位，怕挂料和腐蚀，不怕小泡沫和搅拌；射空不能测量介位，不怕挂料和腐蚀，怕泡沫和液面晃动。

安装位置有一定的要求。

⏹精度：

出厂前在全量程进行了标定，保证在10米内精度误差为+/-3mm以内，10米以上为满量程的±0.03％。

⏹温度/压力：

法兰上的最高温度为200度，可以在法兰上加吹风系统，所以介质温度可以高于250度或者300度，只有保证安装法兰处的温度小于200度。

压力通常是4Mpa，但是可以高达6Mpa，关键是安装法兰的密封问题，我们有合适的解决方案；

11.上位机软件可以在线/离线进行波形分析和监控：

PACTWare软件可以在线/离线监控波形，录波和记录所有组态的参数，生成文件，可以交我们来分析和提出解决方案。

2.2DRA射空雷达

2.2.1概述

德尔塔导波（DeltaGWR）导波雷达物位计用于测量液体液位、界面、浆状物和固体物位。

德国思科公司最新推出升级换代产品，大量增加了智能化设计，与市场中的大多数产品相比，具有许多突出的特点，例如：

全范围的智能化处理、更强的信号与干扰信号辨别能力、小信号自动增益的处理能力；可以用于容器中有各种干扰物体，介质中有泡沫、有蒸汽、液面有明显颤抖；其测量原理和精度不受介质密度、温度、压力等工艺参数变化的影响，从而该产品有广泛的适应性和高稳定性。

2.2.2产品特点

2.2.2.1全中文显示界面；

a．中文触摸屏人机界面，160x160点阵，9行字符，8层灰度，方便现场调试安装；

b．表头现场显示有多种内容（液位、距离、体积、百分比等）可供选择；同时有多种方式（罐体图、棒状图、波形图等）直观显示；

c．全中文显示，包括正常运行参数、各层的组态的参数、在线帮助和故障出错提示，全部为中文界面；

d．中文的在线帮助：

大量进口设备使用困难，主要是参数设置的困难，英文阅读和英文缩写不容易理解，该产品提供了所有组态参数的中文在线帮助；任何参数设置有疑问，只等待10秒，屏幕就出现中文的在线帮助；

e．故障/测量错误中文列表：

如遇到测量出错、报警，在屏幕上将会出现中文的在线错误提示或报警，会显示出错原因和时间，对于现场故障检测和排除非常有帮助；

f．在使用、安装过程中可随时更换表头和360°旋转显示屏幕，以确定最合适的角度；

2.2.2.2二线制现场仪表

a.二线制现场仪表（4~20mA+HART，14~30VDC供电）：

尽管有大屏幕的耗能，还可以提供足够功率来保证35米长的测量范围；

b.双输出：

在液位、距离、体积、质量、界面等变量中间，可以任意选择其中2项同时输出，不需要通过信号分配器，缺省为一路；

c．电源中加有特别的滤波处理，可以消除来自各种电源网的噪音和干扰；

2.2.2.3外壳

a.外部结构为铝合金材质，按照隔爆要求设计，无需特别要求；显示屏前有塑料面板的抗阳光辐射和保护；

b．拥有电源部分和电子模块部分相互独立的双腔式结构，接线安全和容易；可以满足本安和防爆等特殊场合的要求；

c.操作按键是放置在二层玻璃之间，基本是触摸方式，防水防爆安全可靠和独特；

2.2.2.4超低介电常数的测量

a.电磁波沿着导波杆（缆）传输，避免各种假信号，能量损失小，最低介电常数可达1.4，罐底跟踪模式可测量1.1以上的介质，几乎所有介质物位都可以测量；

b.在线自动检测介电常数，选择“自动”模式可自动根据被测量介质的介电常数来选择合适的测量方法；

c.被测量介质的温度、压力、密度、粘度等对测量没有影响，只与介电常数相对值关；

2.2.2.5面测量功能

a.界面测量时顶层液体高度只需满足50mm就可以；

b.需要的条件为：

顶层液体产品的介电常数满足小于等于10；

c.第二层的介电常数比顶层要大,必须满足r2>r12或者r2>r1+15；

2.2.2.6探杆类型多、电子模块单一化，互换性强

a.针对不同的应用工况，可选择单杆、单缆、双杆、双缆、同轴各种导波杆来测量；

b.它们之间可以互补、互换性，几乎可满足大多数液位、物位测量；选择不同类型的探杆可测量0.5-35米；

c.电子部分和测量探杆部分之间采用了可拆卸式结构，极大方便了现场的安装和调试；

2.2.2.7分体式结构

表头和发射/接收部分呈分体式结构，表头可以安装在便于观察或者更安全的位置；

2.2.2.8智能化程度高、PACTware在线/离线使用

a．PACTware软件是一种用来在线监视分析、示波器波形分析、在线实时录波、离线仿真、离线分析和参数设定的工具；利用它可以快速组态、存储、回放测量检测波形；

b．PACTware的菜单与表头上的菜单基本相同，分为快速设定、高级设定、厂家设定和系统自检；用户只要设定与罐体有关简单参数就可以正常使用；

c.通过PACTware的示波器功能可以清楚地观察到整个测量过程和在全部测量量程中的干扰，不同距离的电压水平，门槛电压的作用；

2.2.3德国SYSTEC导波雷达技术规格

测量参数

液位、距离、体积、界面

最大测量范围

单/双杆直径8mm

4米

单缆直径4mm

35米（液体）10米以内（固体，可以承受1吨拉力）

单缆直径8mm

35米

双缆直径4mm

35米

同轴直径22mm

6米

二线制电源供电

24VDC（本安14～30VDC）或（防爆20～36VDC）

输出信号（输出1）

4-20mA（HART）或3.8-20.5mA（NAMUR）

输出信号（输出2）

4-20mA或3.8-20.5Ma（NAMUR）（可选）

出错信号

高：

22mA；低：

3.6mA

最大负载

350欧姆

分辨率

±1mm

测量精度（直接测量法）

液体

量程小于10米时，±3mm；大于10米时，±0.03%；

粉末

±20mm

界面

±10mm（介电常数不变）

测量精度（TBF模式）

±20mm（介电常数大于1.1）

最小界面层高度（界面）

50mm

环境温度

普通型：

-40℃～+80℃；防爆型：

-40℃～+60℃

存储温度

-40℃～+85℃

法兰温度（工艺接口处温度）

-40℃～+200℃（Ex：

最高150℃）

操作压力

-1~40bar

介

电

常

数

液位（直接测量模式）

对于同轴探针，≥1.4；

对于单与双探针，≥1.6

界面（直接测量模式）

εr（界位）>εr（液位）2或者εr（界位）>εr（液位）+15

液位（TBF模式，自动模式）

≥1.1

电气接口规格

M20×1.5；1/2″NPT（其它可选）

外壳防护等级

IP67

外壳材质

铝合金

探杆材质

标准型为不锈钢（1.4404/316L）；HC-22（2.4602）可选

过程连接

螺纹连接：

G1”,G1-1/2”（其它可选）

法兰连接：

各种DIN法兰和ANSI法兰，最大压力为PN40

ATEX

ATEXIIG/D1,1/2,2EExiaⅡCT6；

ATEXⅡG/D1/2,2EExdiaⅡCT6

2.3、DRA射空雷达

2.3.1概述

德尔塔雷达（DeltaRadar）工作频段为24G~26GHZ（K段），是一种调频连续波（FMCW）原理的非接触式雷达，它具备有超强的信号处理能力，比传统的雷达具有更强的测量有效性、和重复性，可以测量液体、浆体或固体的距离、液位和体积，与脉冲式雷达或者市场中的一般雷达产品相比有着许多它们不具备的特点。

2.3.2工作原理

FMCW雷达采用了高频电磁波信号（24GHZ）进行测量，并且此信号以每7毫秒2GHZ的频率线性递增（频率扫描），信号从压电晶体发射后，经物体表面反射，在一定的时间延迟后，由变送器接收到。

此时可得到Df（接收信号与最初发射信号的频率差），而Df正比与实际到物体表面的距离，通过富立叶（FFT）变换，可得出此距离，而实际物位值由罐高减去此距离既可得到。

2.3.4产品特点：

2.3.4.1全中文显示界面；

g．中文触摸屏人机界面，160x160点阵，9行字符，8层灰度，方便现场调试安装；

h．表头现场显示有多种内容（液位、距离、体积、百分比等）可供选择；同时有多种方式（罐体图、棒状图、波形图等）直观显示

i．全中文显示，包括正常运行参数、各层的组态的参数、在线帮助和故障出错提示，全部为中文界面。

j．中文的在线帮助：

k．故障/测量错误中文列表：

如遇到测量出错或者参数设置错误，在屏幕上将会出现中文的在线错误提示，会显示出错原因和时间，对于现场故障检测和排除非常有帮助；

l．在使用、安装过程中可随时更换表头和360度旋转显示屏幕，以确定最合适的角度；

2.3.4.2二线制通讯仪表；

a．二线制现场仪表（4~20Ma+HART，14~30VDC供电）：

尽管有大屏幕的耗能，还支持足够的功率来保证40米长的测量范围；

b．双输出：

在液位、距离、体积、质量、界面等中，可以任意选择其中2项同时输出，不需要通过信号分配器；

c．电源中加有特别的滤波处理，可以消除来自各种电源网的噪音和干扰；

2.3.4.3外壳：

a.外部结构为铝合金材质，按照隔爆要求设计，无需特别要求；

b.拥有电源部分和电子模块部分相互独立的双腔式结构，接线安全和容易；可以满足本安和防爆等特殊场合的要求；

c.操作按键是放置在二层玻璃之间，基本是触摸方式，防水防爆安全可靠和独特；

d.显示屏前有塑料面板的抗阳光辐射和保护。

2.3.4.4天线：

a．多种天线规格，DN40，DN50、DN80和DN100（标准型）；天线加长型，最长可以加长到1米，以满足不同罐体安装、不同测量范围和不同介质的需要。

b．发射角度比一般产品要小：

4°（DN100,单边）,5°（DN80），10°（DN50）和15°（DN40）,1米时的反射半径只有130毫米（DN80）

c．天线的材料可以是316L（标准）或者哈氏合金（可选）

2.3.4.5超低介电常数的测量；

a.直接测量可以达到1.5（介电常数），罐底跟踪模式可测量到1.1介质，几乎大多数介质物位都可以测量（总体讲，比导波雷达效果要差）；

b.在线自动检测介电常数，然后选择“直接测量”模式和“部分TBF”或者“完全TBF”确定一种合适的方法；

c.被测量介质的温度、压力、密度、粘度等对测量没有影响，只与介电常数相对值有关；一般会选用DN50天线，介电常数比较小时，需选用DN80或DN100的天线，因天线越大，其信号越强。

2.3.4.6独特的空频谱设置；

a.上图分别功率谱、空频谱、相关功率谱；

功率谱：

雷达接收到的所有回波的频谱；

空频谱：

对罐内不变化（移动）的固定的干扰信号进行的频谱分析；