TECHNOLOGY & APPLICATION
从测量原理到现场应用，了解导波雷达物位计的技术特点与选型要点。
TECHNICAL GUIDE
（Guided Wave Radar Level Meter, GWR）是基于 TDR 时域反射原理的接触式物位仪表。电磁波沿导波体（刚性杆、同轴杆、柔性缆）向下传播，遇到介质表面反射后沿原路径返回，由电子单元检测发射脉冲与回波的时间延迟，求得物位高度。
由于电磁波被束缚在导波体内传播，导波雷达相对普通非接触雷达具有三大独特优势：①低介电常数（εr ≥ 1.4）也能稳定测量；②抗湍流、抗泡沫、抗蒸汽；③可同时测量界面（如油水界面）。在油品、化工、水利等行业的小容器、强工况场景中是首选物位仪表。
MEASUREMENT PRINCIPLE
向被测介质发射一个纳秒级低功率电磁脉冲，遇到介电常数 εr 不同的介质表面时发生反射，通过测量电磁波传播时间 t 求得距离 D，再由安装高度 H
反算物位高度 L：D = c · t / 2 （c≈3×10⁸ m/s 为光速）
导波雷达的回波强度由两种介质的介电常数差决定。因电磁波能量被束缚在导波体内，即使被测介质εr较低（如εr=
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的轻质油、液化气）也能稳定测量，这是导波雷达相比非接触雷达的最大优势。
/GuidedWaveRadar第3页技术总结技术文档·选型手册导波雷达物位计/GuidedWaveRadar第4页技术总结技术文档·选型手册
| 序号 | 环节 | 关键处理 |
|---|---|---|
| 1 | 脉冲发生器 | 产生纳秒级低电压脉冲（Vmax ≈ 1~5 V） |
| 2 | 电子模块切换 | 经高速开关进入导波体 |
| 3 | 导波体传播 | 沿导波体定向传播，能量集中 |
| 4 | 介质表面反射 | 遇到 εr 差异界面，反射回导波体 |
| 5 | 回波接收 | 高速采样保持电路采集回波 |
| 6 | 时域分析 | 检测时间差 t，转换为距离 D |
| 7 | 算法识别 | 识别主液位、界面、虚假回波 |
| 8 | D/A 输出 | 4~20 mA + HART / FF / PA 输出 |
| 介质介电常数 εr | 反射强度 | 典型介质 | 测量难度 |
|---|---|---|---|
| 1.4 ~ 3 | 弱反射（导波雷达可测） | 液化气、轻质油、液态烃 | 中（非接触雷达难测） |
| 3 ~ 10 | 中等 | 有机溶剂、酒精、食用油 | 低 |
| 10 ~ 80 | 强 | 水、酸、碱、盐溶液 | 低，最易测量 |
PRODUCT STRUCTURE
/GuidedWaveRadar第5页技术总结技术文档·选型手册
主要功能：IP67 防护，容纳电子模块 常用材质：铝合金 / 316L
主要功能：LCD / OLED 显示测量值、波形 常用材质：玻璃 + PC
主要功能：脉冲发生 + 高速采样 + 时域识别 常用材质：MMIC + FPGA
主要功能：回波分析、温度补偿、通信 常用材质：ARM / DSP
主要功能：4~20 mA + HART / FF / PA / Modbus 常用材质：接线端子
主要功能：传输电磁波，分刚性杆/同轴/缆式 常用材质：316L / PTFE / 哈氏合金
主要功能：与罐体机械连接 常用材质：316L / 哈氏合金
主要功能：防止介质进入电子腔 常用材质：FKM / EPDM / FFKM
主要功能：缆式探头底部拉直稳定 常用材质：316L 重锤
主要功能：防雷击、过电压保护 常用材质：TVS + GDT
组件名称：结构 主要功能：量程 常用材质：适用场景 特点
组件名称：单根金属杆/包塑 杆 主要功能：≤6 m 常用材质：小型反应釜、过程罐 结构简单、抗侧向扰动 弱
组件名称：内外双层金属管 主要功能：≤6 m 常用材质：低 εr 液体、强湍流 能量集中、抗干扰最强
组件名称：钢丝 + 配重 主要功能：≤30 m 常用材质：大型立罐、井、油罐 量程最大、可弯曲
组件名称：钢缆 + PTFE/PVDF 护套 主要功能：≤25 m 常用材质：强腐蚀介质 耐腐蚀、防挂料
组件名称：两根平行金属杆 主要功能：≤6 m 常用材质：中低粘度液体 结构稳定，价格中等
组件名称：适用场景 主要功能：量程 常用材质：备注
组件名称：立罐、反应釜顶部 主要功能：杆≤6m / 缆≤30m 常用材质：最常用
组件名称：小型容器、过程罐 主要功能：≤3 m 常用材质：G1½ / G2 螺纹
组件名称：强湍流、高粘、结垢介质 主要功能：≤4 m 常用材质：旁通管 + 反射板
组件名称：极低 εr / 强工况 主要功能：≤6 m 常用材质：电磁波在管内传播
TECHNICAL GUIDE
/GuidedWaveRadar第6页技术总结技术文档·选型手册
说明：εr ≥ 1.4 的液化气、轻质油都能测（非接触雷达难测）
说明：电磁波沿导波体传播，不受罐内扰动影响
说明：罐内蒸汽、冷凝不影响测量
说明：同时检测油水界面、总液位（双回波识别）
说明：±1 mm，重复性 ±0.5 mm
说明：1~3 秒
说明：不要求规则形状、避开障碍物
说明：HART / FF / PA / Modbus
应对措施：选 PTFE 涂层 / 同轴管 / 吹扫接口
应对措施：选 PTFE / PVDF 全包塑缆式
应对措施：罐底预留 ≥300 mm 空间
应对措施：颗粒物会损坏导波体
应对措施：加导向环 / 选同轴管型
应对措施：避开搅拌区域 ±1 m 范围
APPLICATIONS
/GuidedWaveRadar第7页技术总结技术文档·选型手册
典型应用：原油、成品油、轻质油、液化气罐 推荐探头形式：同轴管 / 缆式
典型应用：反应釜、酸碱储罐、强腐蚀罐 推荐探头形式：PTFE 包塑缆 / 同轴
典型应用：凝结水、给水、润滑油罐 推荐探头形式：杆式 / 同轴
典型应用：清水池、污水井、深井 推荐探头形式：缆式（带配重）
典型应用：CIP 罐、原料罐、发酵罐 推荐探头形式：杆式 / 卫生型
典型应用：黑液、绿液、强湍流罐 推荐探头形式：同轴管
典型应用：液化天然气储罐、液氮罐 推荐探头形式：低温杆式
典型应用：油水分离器、含油污水池 推荐探头形式：同轴管 + 双液位算法
典型应用：焦油罐、煤焦油、强湍流 推荐探头形式：同轴管 / PTFE 包塑
典型应用：实验室、中试装置 推荐探头形式：刚性杆 ≤3m
TECHNICAL SPECIFICATIONS
/GuidedWaveRadar第8页技术总结技术文档·选型手册
| 参数类别 | 参数名称 | 典型规格 |
|---|---|---|
| 测量性能 | 测量原理 | TDR 时域反射（等效时间采样） |
| 测量性能 | 测量范围 | 0.3~6 m（杆）/ 0.5~30 m（缆） |
| 测量性能 | 测量精度 | ±1 mm（标准）/ ±5 mm（缆式长量程） |
| 测量性能 | 分辨率 | 0.1 mm |
| 测量性能 | 重复性 | ±0.5 mm |
| 测量性能 | 响应时间 | 1~3 s（可调，最快 0.5 s） |
| 测量性能 | 界面测量 | 支持双回波（液位+界面） |
| 过程条件 | 介质温度 | 40 ~ +200 ℃（标准）/ +450 ℃（带冷却） |
| 过程条件 | 过程压力 | 1 ~ +4 MPa（标准）/ 40 MPa（高压型） |
| 过程条件 | 介质介电常数 εr | ≥ 1.4（弱反射优于非接触雷达） |
| 电气规格 | 供电电压 | 16~36 V DC（两线）/ 24 V DC ±10%（四线） |
| 电气规格 | 输出信号 | 4~20 mA + HART 7 / FF H1 / Profibus PA / Modbus |
| 电气规格 | 负载电阻 | ≤ 600 Ω（HART）/ 250 Ω（本安） |
| 电气规格 | 功耗 | ≤ 1 W（两线） |
| 结构 | 探头材质 | 316L / PTFE / 哈氏合金 C-276 / 钛 |
| 结构 | 过程连接 | G1½ / G2 螺纹、DN50~DN150 法兰 |
| 结构 | 外壳防护 | IP66/IP67/IP68 |
| 防爆 | 防爆等级 | Ex d IIC T6 Ga / Ex ia IIC T6 Ga |
| 防爆 | 防爆认证 | NEPSI / ATEX / IECEx / FM |
| 认证 | 通信协议 | HART 7 / FF / Profibus PA / 无线 HART |
| 环境 | 环境温度 | 40 ~ +80 ℃ |
| 环境 | 相对湿度 | 0~100% RH（含冷凝） |
SELECTION GUIDE
/GuidedWaveRadar第9页技术总结技术文档·选型手册导波雷达物位计/GuidedWaveRadar第10页技术总结技术文档·选型手册
| 代码 | 探头类型 | 量程 | 适用场景 | 价格档位 |
|---|---|---|---|---|
| PR-R | 刚性单杆 | ≤6 m | 小型反应釜、过程罐 | 低 |
| PR-D | 双平行杆 | ≤6 m | 中低粘度、抗扰动 | 中 |
| PR-C | 同轴管 | ≤6 m | 低 εr、强湍流、界面 | 中高 |
| PR-L | 钢缆 | ≤30 m | 大型立罐、井、罐底空间大 | 中 |
| PR-LP | 包塑缆 (PTFE/PVDF) | ≤25 m | 强腐蚀、酸碱 | 中高 |
| PR-S | 卫生级 (316L 镜面抛光) | ≤4 m | 食品 / 制药 / CIP | 高 |
| εr 范围 | 反射等级 | 推荐探头 | 应用案例 | |
| εr ≥ 10 | 强反射 | 任意形式均稳定 | 水、酸、碱溶液 | |
| 3 ≤ εr < 10 | 中等 | 杆式 / 同轴管 | 有机溶剂、酒精、食用油 | |
| 1.4 ≤ εr < 3 | 弱反射（导波雷达强 项） | 必须同轴管 / 包塑缆 | 液化气、轻质油、液态烃 | |
| 代码 | 应用场景 | 推荐探头 | 推荐频段/材质 | 备注 |
| SC-01 | 液化气储罐 | 同轴管 | 316L / PTFE | 低 εr 强项 |
| SC-02 | 原油 / 重质油 | 双杆 / 同轴管 | 316L | 防止挂料影响 |
| SC-03 | 油水界面 | 同轴管 | 316L | 双回波识别 |
| SC-04 | 酸碱强腐蚀 | 包塑缆 PTFE | PTFE / PVDF | 全包塑防腐蚀 |
| SC-05 | 强湍流反应釜 | 同轴管 | 316L | 抗湍流效果最佳 |
| SC-06 | 小型反应釜 | 刚性单杆 | 316L | ≤3 m 推荐杆 |
| SC-07 | LNG / 低温 | 低温杆式 | 316L 低温 | 196 ℃ 低温型 |
| SC-08 | 污水 / 清水池 | 缆式（带配重） | 316L | ≥6 m 必选缆式 |
| SC-09 | 食品 / 制药 CIP | 卫生级杆 | 316L 镜面抛光 | 符合 3-A / EHEDG |
| SC-10 | 焦油 / 强腐蚀介质 | PTFE 包塑缆 | PTFE / PVDF | 防挂料强工况 |
| 温度区间 | 推荐规格 | 压力等级 | 备注 |
|---|---|---|---|
| ≤ +120 ℃ | 通用型 | PN16~PN40 | 标准工艺罐 |
| +120 ~ +250 ℃ | 高温型 | PN16~PN40 | 需高温密封 + 散热 |
| +250 ~ +450 ℃ | 超高温 + 冷却 | PN16~PN40 | 配冷却段或吹扫 |
| 40 ~ -196 ℃ | LNG 低温型 | PN16~PN40 | 配低温密封件 |
| ≤ +4 MPa | 标准 | PN40 | 一般工业 |
| 4~10 MPa | 高压型 | PN63 | 油田注水 |
| > 10 MPa | 超高压 | PN100~PN160 | 需定制 |
SELECTION GUIDE
/GuidedWaveRadar第11页技术总结技术文档·选型手册导波雷达物位计/GuidedWaveRadar第12页技术总结
| 步骤 | 内容 | 关键判断 |
|---|---|---|
| 1 | 明确测量对象 | 单液位 / 双液位（界面） / 强湍流 |
| 2 | 确认介质介电常数 εr | εr ≥ 1.4（导波雷达可测） |
| 3 | 确定量程 | 杆 ≤6 m，缆 ≤30 m |
| 4 | 确定过程温度压力 | 高温 +450 ℃ / 高压 40 MPa |
| 5 | 确定探头形式 | 杆 / 同轴 / 缆 / 包塑 |
| 6 | 确定过程连接 | 螺纹 / 法兰 / 卡盘 |
| 7 | 确定防爆/防护 | Ex d / Ex ia + IP67/IP68 |
| 8 | 确定通信协议 | HART / FF / PA / Modbus |
| 9 | 评估罐内空间 | 罐底预留空间、避开搅拌 |
| 序号 | 注意事项 | 原因 |
| 1 | 缆式探头需罐底预留 ≥300 mm | 防止探头触底折弯 |
| 2 | 避开搅拌区域 ±1 m | 防止缆被搅拌器缠绕 |
| 3 | 避开进料口正下方 | 防止进料冲击损伤探头 |
| 4 | 金属罐体内导波体不可接触罐壁 | 防止短路损坏 |
| 5 | 导波体保持垂直（偏差 < 1°） | 保证测量精度 |
| 6 | 强腐蚀介质选 PTFE 包塑缆 | 防止金属探头腐蚀 |
| 7 | 露天安装加防护罩 | 防紫外线、防雨雪 |
| 8 | 螺纹安装使用密封生料带 | 保证 IP68 防护 |
| 9 | 防雷区配浪涌保护器 | 保护通信接口 |
| 10 | 调试时观察回波曲线 | 排除干扰、确认主回波 |
| 故障现象 | 可能原因 | 处理措施 |
| 测量值跳变 | 强湍流 / 泡沫 / 干扰回波 | 选同轴管 / 设置底部屏蔽 |
| 测量值偏低 | 介质挂料 / 缆弯曲 / 干扰 | 清洗探头 / 重新标定 |
| 测量值偏高 | 底部干扰物误识别 | 设置底部屏蔽区 |
| 故障现象 | 可能原因 | 处理措施 |
|---|---|---|
| 显示 E14 | 回波丢失 | 检查探头结垢、介质 εr |
| 界面测不准 | 油水界面分层不清 | 调整阈值 / 同轴管抗扰 |
| 无显示 | 接线错误 / 电源故障 | 检查 24V、负载电阻 |
| 电流恒定 4 mA | 仪表低故障报警 | 检查 HART 故障代码 |
| 电流恒定 20 mA | 仪表高故障报警 | 检查量程设置、回波信号 |
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