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导波雷达液位传感器—液位变送器工作原理

时间:2024-05-23 08:51:39 点击:78次

1、液位传感器测量原理

导波雷达液位传感器利用时差实现液位测量,运用TDR(时域反射)原理,通过探头反射波和液位反射波之间的时间差来测量液位。

导波雷达液位传感器采用发射-反射-接收的方式,首先发射一个高频电磁波,电磁波会沿同轴线缆传播到法兰处,产生一个回波(顶部回波);然后电磁波继续沿导波杆传播,当电磁波碰到液面后,由于介电常数发生突变,会产生另一个回波(物位回波),两个反射波都被设备接收。通过检测出的两个回波的时间差,即可计算出液面高度。

顶部回波和物位回波的时间差一般在10ns以内,若通过直接测量时间差来计算液位,则达到毫米级别的精度所需的时间测量精度以及采样、处理的速度要达到皮秒量级。数字计数或实时采样等传统时间测量方式很难达到如此高的要求,为此采用等效时间采样的方法。

等效时间采样是指对频率很高的周期性或者准周期性被采样信号,以较慢的采样频率捕获被采样信号的样本,然后按照一定规律重新组合,得到与原信号相似的波形,从而实现通过较低的实时采样速率获得较高的等效采样速率。对乏燃料池的液位来说,毫秒级别内的液位变化是很小的,所以可以将乏燃料池的液位回波信号看为准周期性重复信号,也就适用于等效时间采样法。

2、液位变送器工作原理

液位变送器的主要功能是产生雷达波,并对返回的雷达波进行分析处理,得到液位数据并将其变送为4~20mA信号。脉冲发射控制电路以440kHz左右的频率发射脉冲波,脉冲波通过同轴线缆向外传输,经过法兰和液面时,各返回一个回波。脉冲采样控制电路会按照等效时间采样原理,以每个周期加ΔT的间隔控制高速采样门的开启,实现对回波信号的采样,通过放大电路对信号进行放大,得到液位信息。液位信息经4~20mA变送模块转换为供电回路的电流值,此电流值与液位高度保持线性关系。LOOP供电处理模块负责为整个系统提供电能,整个系统耗电流低于3.5mA。

由以上描述可知,变送器的采样密度是由ΔT决定的,ΔT的时间长短和精确度直接决定了液位信息的分辨率和精度。因此,变送器的核心部件是脉冲发射、接收时间差校准模块,此模块的采样精度决定了液位测量回路的精度。 

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