高频雷达液位计选型与分类：频率、天线、量程及工况选择指南

一、高频雷达液位计是什么？

高频雷达液位计是一种利用高频电磁波进行连续液位测量的非接触式仪表。

雷达通过天线向介质表面发射电磁波，当信号到达液体表面后产生反射，仪表接收返回信号，并根据传播时间、频率变化或相位关系计算雷达天线与液面之间的距离。

结合储罐高度和零点位置，即可转换得到实际液位。

目前工业项目中常见的雷达频率包括 6GHz、26GHz和约80GHz，其中26GHz和80GHz通常用于较高频率的雷达测量方案。

特别是80GHz雷达，由于波长较短、波束集中、天线尺寸小，在化工、水处理、储罐、反应釜、小型容器以及复杂罐体中的应用越来越广泛。

不过，高频并不代表任何工况下都更好。

正确的高频雷达液位计选型，应综合考虑介质、储罐结构、测量距离、温度、压力、蒸汽、泡沫、冷凝、安装接口和控制系统要求。

二、高频雷达液位计有哪些分类方法？

雷达液位计并不能只按照一种方式分类。

从工程选型角度，更实用的分类方法主要包括：

• 按工作频率分类；

• 按测量原理分类；

• 按天线和过程连接结构分类；

• 按应用及测量等级分类。

了解这些分类以后，才能根据具体项目选择合适的雷达液位计。

三、按照工作频率分类

1. 6GHz雷达液位计

6GHz属于较低频率雷达。

其波长较长，波束通常比较宽，在一些大型液体储罐、液面波动以及部分特殊蒸汽和冷凝工况中仍有应用。

不过，由于天线尺寸相对较大，对于小型储罐、狭窄安装位置或者内部结构复杂的容器，其安装灵活性通常不如更高频率雷达。

2. 26GHz雷达液位计

26GHz雷达经过多年工业应用，技术成熟，适用于大量普通液体储罐和过程容器。

常见应用包括：

• 水罐

• 污水池

• 化工储罐

• 酸碱液储罐

• 燃油罐

• 反应容器

• 部分粉体和颗粒料仓

与较低频率雷达相比，26GHz雷达天线可以做得更小，波束也更加集中，因此在很多工业项目中仍然具有很强的通用性。

3. 80GHz雷达液位计

80GHz是目前高频雷达液位测量的重要技术方向之一。

其主要特点包括：

• 波束角较小

• 方向性较好

• 天线尺寸较小

• 对罐内障碍物具有较好的避让能力

• 适合狭窄储罐

• 适合小型过程连接

• 适合内部结构复杂的储罐

对于存在搅拌器、盘管、爬梯、进料管或者其他机械结构的储罐，较窄的雷达波束可以减少这些结构进入主要测量区域的可能性，从而降低部分干扰回波。

因此，在新建的化工、水处理和自动化储罐项目中，80GHz雷达已经成为常见的选型方案之一。

四、按照测量原理分类

1. 脉冲雷达液位计

脉冲雷达通过发射微波脉冲并接收介质表面的反射信号计算距离。

其基本原理与电磁波传播时间有关。

脉冲雷达结构成熟，在工业液位测量领域已经拥有大量应用。

2. FMCW雷达液位计

FMCW即调频连续波。

仪表连续发射频率随时间变化的雷达信号，通过比较发射信号和返回信号之间的频率差计算目标距离。

目前很多80GHz雷达采用FMCW技术。

FMCW技术具有较强的信号处理能力，可以用于高精度液位测量、复杂储罐以及部分较长距离测量场合。

项目选型时不应只比较“脉冲”和“FMCW”名称，还应查看具体产品的测量精度、波束角、量程、盲区、过程温度和信号输出等参数。

五、按照天线结构分类

天线是雷达液位计非常重要的组成部分。

天线形式直接影响信号发射、波束角、方向性以及对现场环境的适应能力。

常见雷达液位计天线主要包括以下类型。

1. 喇叭口天线

喇叭口天线是传统雷达液位计中非常常见的结构。

其特点是结构成熟、方向性较好，可以用于很多普通液体储罐和工业过程容器。

在相同工作频率下，喇叭口直径越大，一般越容易获得更窄的波束。

因此，选择喇叭天线时需要综合考虑：

• 雷达频率

• 天线直径

• 安装法兰

• 储罐高度

• 储罐直径

• 内部障碍物

如果现场安装短管直径较小，也应确认天线是否可以正常伸入或者安装在短管位置。

2. 抛物面天线

抛物面天线具有较强的方向性和信号聚焦能力。

传统大型储罐以及较长距离的自由空间测量中，可以根据现场条件采用抛物面天线。

但抛物面天线尺寸通常比较大，因此需要有足够的安装空间。

如果介质容易形成严重粘附、结晶或者结焦，也需要考虑天线表面污染后对信号的影响。

因此对于沥青、重油以及容易结焦的高温介质，不能只根据量程选择抛物面天线，还应重点评估天线污染问题。

3. 平面天线或阵列天线

平面天线和阵列结构在部分储罐计量以及导波管、静液管应用中使用。

这种结构可以根据特定传播条件设计雷达信号。

特别是在大型储罐自动计量系统中，如果采用静液管进行测量，应选择明确支持相应安装方式的雷达产品。

注意：“静液管雷达”与“导波雷达”不是同一个概念。

自由空间雷达在静液管内部传播，仍然属于非接触式雷达测量；导波雷达则通过金属杆或者钢缆引导电磁波，两者工作结构不同。

4. 透镜天线

透镜天线在现代高频雷达，特别是80GHz雷达中应用较多。

这种结构可以实现紧凑的天线设计和较好的波束聚焦。

透镜天线还可以配合螺纹、法兰以及卫生型过程连接，因此特别适用于：

• 小型储罐

• 化工过程罐

• 水处理药剂罐

• 食品及制药容器

• 安装空间有限的设备

具体是否适合腐蚀、高温或者卫生应用，需要根据天线材料和过程连接材料确认。

六、按照应用等级分类

1. 过程控制型雷达液位计

大部分化工、水处理、污水、工业储罐项目使用的是过程控制型雷达液位计。

主要作用包括：

• 连续液位监测

• 高低液位控制

• 泵启停控制

• 储罐库存管理

• PLC或SCADA数据采集

此类项目更加关注稳定性、量程、输出信号、耐温耐压和现场适应能力。

2. 高精度储罐计量雷达

石油、成品油、大型罐区以及库存计量项目，对测量精度的要求可能明显高于普通过程控制。

如果测量数据用于库存管理或者贸易交接，则不能仅选择普通过程型雷达。

需要根据项目要求确认相应的计量精度、认证标准、安装结构以及整个罐区计量系统。

也就是说，普通液位控制和贸易计量属于不同应用等级。

不能仅根据“雷达液位计精度高”就认为普通过程仪表可以直接用于贸易结算。

七、高频雷达液位计选型首先看什么？

高频雷达液位计选型首先应该看介质。

这是很多项目容易忽略的问题。

至少需要确认：

• 介质名称

• 是否导电

• 介电特性

• 是否腐蚀

• 是否粘稠

• 是否容易结晶

• 是否容易附着

• 是否产生泡沫

• 是否存在蒸汽

例如测量清水和测量浓硫酸，虽然量程可能完全相同，但对于天线材料和过程连接材料的要求可能完全不同。

测量柴油和测量污水，同样不能只按量程选择。

因此，采购雷达液位计时，第一项信息应该是介质，而不是只提供“需要10米量程”。

八、根据储罐高度和直径选择

储罐尺寸直接影响雷达液位计的选型。

需要重点提供：

• 储罐总高度

• 储罐直径

• 最高液位

• 最低液位

• 雷达安装位置

例如一个10m高、2m直径的储罐与一个10m高、20m直径的储罐，虽然测量范围相同，但对于雷达波束的要求并不相同。

对于高而窄的储罐，80GHz窄波束雷达通常更值得优先评估。

如果储罐内部还存在管道、搅拌器或者盘管，则更应该关注波束角和安装位置。

九、根据储罐内部结构选型

实际工业储罐很少是完全空的。

常见内部结构包括：

• 搅拌器

• 加热盘管

• 爬梯

• 支撑梁

• 进料管

• 出料管

• 加强筋

这些设备都有可能产生雷达反射。

选型时应尽量让雷达主波束避开这些结构。

因此，在复杂储罐中，不能只看量程和精度。

波束角是高频雷达液位计选型时非常重要的参数。

80GHz雷达通常能够获得较窄波束，所以对于复杂内部结构的储罐具有较好的适应性。

十、浮顶罐应该如何选择雷达液位计？

浮顶罐是比较特殊的应用。

如果雷达需要测量浮顶以下的真实液位，通常不能直接让普通自由空间雷达从浮顶上方照射液面。

工程中可以根据储罐结构采用专门的静液管、导波管或者适合浮顶罐的罐区计量方案。

这里不能简单认为“浮顶罐必须使用导波雷达”。

导波雷达和静液管内的自由空间雷达是两种不同技术。

对于大型石油储罐和高精度库存计量项目，应根据罐体结构、静液管尺寸以及计量等级选择对应的罐区雷达系统。

十一、有蒸汽应该怎么选择雷达液位计？

雷达采用电磁波测量，因此不像超声波那样依赖空气中的声速。

这使雷达非常适合许多存在温度变化、压力变化和蒸汽的工业过程。

但是不能说蒸汽对雷达完全没有影响。

在高温环境下，大量蒸汽可能伴随严重冷凝。

如果天线表面长期形成冷凝水或者介质附着层，就可能影响雷达信号。

因此，对于以下工况：

• 高温水罐

• 反应釜

• 蒸发器

• 蒸汽冷凝系统

• 高湿度密闭储罐

应该提供实际过程温度、压力以及蒸汽和冷凝情况，再选择合适的雷达频率和天线结构。

十二、有泡沫应该怎么选择？

泡沫是雷达液位测量中的复杂工况。

首先需要确定项目真正需要测量什么：

• 泡沫顶部；还是

• 泡沫下面的真实液面。

这两个要求完全不同。

泡沫的影响与泡沫厚度、密度、含水量、气泡大小以及介质性质有关。

因此，对于存在严重泡沫的反应罐、曝气池以及化工过程，应提前说明现场泡沫情况。

如果泡沫非常严重，还需要综合评估自由空间雷达、导波雷达或者其他测量方式。

十三、高温、高压项目怎么选择？

雷达液位计可以应用于很多高温和高压过程，但仪表是否满足要求取决于具体产品结构。

选型时必须确认：

• 正常温度

• 最高过程温度

• 正常压力

• 最大压力

• 是否存在真空

• 过程连接方式

• 密封材料

• 天线材料

不能只看雷达频率。

80GHz并不自动等于高温雷达，也不意味着所有80GHz产品都可以用于高压反应釜。

最终应以具体型号允许的过程温度和压力范围为准。

十四、介电常数低应该怎么选？

雷达信号到达介质表面后，需要形成足够强的反射才能稳定测量。

不同介质对雷达波的反射能力不同。

对于低介电特性的液体，回波可能相对较弱。

例如部分油品、溶剂以及低介电常数化工介质，应重点确认产品是否适合。

工程上不能简单采用“介电常数低就必须使用某一种天线”的固定规则。

还需要综合考虑：

• 测量距离

• 天线增益

• 安装方式

• 储罐结构

• 雷达频率

• 信号处理能力

如果介质特殊，最好直接提供介质名称进行选型。

十五、输出信号应该怎么选？

工业雷达液位计常见输出形式包括：

• 4-20mA

• 4-20mA + HART

• RS485

• Modbus RTU

• 其他数字通信方式

如果项目使用传统PLC模拟量输入，可以选择4-20mA。

如果需要仪表参数配置、诊断以及数字通信，可以根据控制系统考虑HART。

如果系统采用RS485总线，则应确认仪表是否支持Modbus RTU，以及通信地址、波特率和寄存器定义。

采购前应该确认客户最终接入的是：

• PLC

• DCS

• RTU

• 数据采集器

• IoT网关

• SCADA系统

不要等到仪表到达现场以后再确定通信协议。

十六、高频雷达液位计选型需要提供哪些参数？

为了快速完成高频雷达液位计选型，建议项目采购时至少提供以下信息。

提供的信息越完整，越有利于确定合适的雷达频率、天线形式、量程、过程连接、材料及安装方式，从而减少现场安装后出现虚假回波、测量盲区或信号不稳定等问题。

METRAVON在雷达液位计项目选型时，建议首先确认现场工况，再确定雷达频率、天线形式、过程连接、量程和输出方式。

十七、高频雷达液位计选型对比

FAQ

1. 高频雷达液位计一般是多少GHz？

目前工业项目中常见的高频雷达包括26GHz和约80GHz产品。

新建项目中，80GHz雷达由于波束较窄、天线尺寸较小，在复杂储罐和小型储罐中的应用越来越广泛。

具体项目仍应按照现场工况进行选型。

2. 80GHz雷达液位计比26GHz更好吗？

不能简单这样判断。

80GHz在窄波束、小天线和复杂内部结构方面具有明显优势。

但26GHz技术成熟，在大量普通工业储罐中仍然可以实现稳定测量。

应根据现场条件选择，而不是只比较工作频率。

3. 雷达液位计可以测量腐蚀性液体吗？

可以，但需要根据介质选择合适的天线、过程连接和密封材料。

酸、碱和其他腐蚀性化学品应提供介质名称、浓度和过程温度后再进行选型。

4. 雷达液位计可以用于污水池吗？

可以。

对于污水池、调节池和工业废水储罐，非接触式雷达可以减少传感器与污水直接接触的问题。

如果现场存在严重泡沫，应提前说明。

5. 有搅拌器可以使用雷达液位计吗？

可以。

建议选择波束较窄的雷达，并合理确定安装位置，使主波束尽量避开搅拌轴和搅拌桨。

80GHz雷达通常值得优先评估。

6. 雷达液位计可以测量真空容器吗？

很多雷达产品可以用于真空环境。

但是否适用还取决于具体仪表的过程压力等级和密封结构。

采购时必须提供最低和最高过程压力。

7. 雷达液位计会受介质密度变化影响吗？

雷达直接测量介质表面与天线之间的距离，不依靠液体静压计算液位，因此介质密度变化通常不会像压力式液位测量那样直接产生密度补偿问题。

但介质的介电特性会影响雷达回波强度。

8. 贸易计量可以使用普通雷达液位计吗？

不能只根据普通过程仪表的精度判断。

如果液位数据用于贸易交接或者高精度罐区计量，应选择符合项目计量要求和相应认证要求的罐区雷达系统。

9. 浮顶罐必须使用导波雷达吗？

不是。

浮顶罐可以根据具体结构采用静液管、导波管以及专用罐区雷达测量方案。

自由空间雷达在静液管内测量与导波雷达并不是同一种技术。

10. 高频雷达液位计选型最重要的三个参数是什么？

如果只能先提供三个参数，建议首先提供：

1. 测量介质

2. 储罐高度和测量范围

3. 过程温度和压力

但要完成可靠的工程选型，还需要进一步确认储罐直径、安装接口、蒸汽、泡沫、内部结构和输出信号。

总结

高频雷达液位计的分类和选型不能只看测量范围，也不能简单认为频率越高就一定越好。

从工程应用角度，雷达液位计可以按照工作频率、测量原理、天线结构和应用等级进行分类。

26GHz雷达技术成熟，适合大量常规工业液位测量项目。

80GHz雷达具有波束窄、方向性好、天线尺寸小等特点，特别适合狭窄储罐、小型过程连接以及内部存在管道、搅拌器和其他障碍物的复杂储罐。

喇叭口天线、透镜天线、平面天线和抛物面天线也各有适用条件，不能只根据外观判断性能。

对于大型罐区、浮顶罐以及贸易计量项目，还需要进一步考虑静液管、计量精度和相关项目标准。

合理的高频雷达液位计选型顺序：
测量介质 → 储罐结构 → 测量范围 → 温度压力 → 蒸汽泡沫 → 内部障碍物 → 安装接口 → 雷达频率 → 天线类型 → 输出信号

对于化工、水处理、污水处理、储罐、反应釜以及其他工业液位连续监测项目，METRAVON可根据介质、量程、储罐尺寸、温度、压力、安装接口及通信方式进行高频雷达液位计选型和配置。