CN109297566A - 一种自动报警式导波雷达液位计 - Google Patents

Abstract

本发明属于液位测量设备技术领域，特别是一种自动报警式导波雷达液位计；其主体结构包括信号采集模块、预处理模块、单片机和监控中心四个功能单元；其中信息采集模块将采集的回波信号传输给与其电信息连接的预处理模块，预处理模块将回波信号转化为数字信号，并传输给与其电信息连接的单片机，数字信号经设置在单片机上的微处理器处理计算出液位高度，单片机还设置有故障警报模块和液位示警模块，能够在液位计出现故障或者被测液体介质液位超出额定范围时进行自动报警；该装置功能完善，科学实用，便于安装，并且采用新型微处理器而使灵活性增大、功能增强，具有较强的自诊断能力和液位超出额定范围的示警功能，用途广泛，应用环境友好。

Description

一种自动报警式导波雷达液位计

技术领域：

本发明属于液位测量设备技术领域，涉及一种液位测量仪表，特别是一种自动报警式导波雷达液位计，新型的快速微处理器可以进行更高速率的信号分析处理，同时兼具液位超过额定限度的报警功能，更加符合工业生产的需求。

背景技术：

导波雷达液位计是一种应用于化学工业中液位测量仪表，导波雷达液位计是以时域反射原理为基础的雷达液位计，雷达液位计的电磁脉冲以光速沿钢缆或探棒传播，当遇到被测介质表面时，雷达液位计的部分脉冲被反射形成回波并沿相同路径返回到脉冲发射装置，发射装置与被测介质表面的距离同脉冲在其间的传播时间成正比，经计算得出液位高度；导波雷达液位计能够对液体、颗粒和浆料进行连续物位测量，并且雷达液位计的测量不受介质变化、温度变化、惰性气体、蒸汽、粉尘及泡沫等的影响；导波雷达液位计主要应用于水液储罐、酸碱储罐、浆料储罐、固体颗粒以及小型储油罐等液位的测量。

在现有技术中，公开号为CN207066543U的中国专利，公开了一种导波延长雷达物位计，其雷达电子仓通过导波延长管连接雷达天线；所述雷达电子仓包括：MCU单元和与之连接的微波射频单元，该设计解决了普通设备中在辐照、高温高压、高低温循环等恶劣条件下雷达物位计的应用问题，但是不够及时示警液位将要低于或者超过额定高度，功能不够完善；公开号为CN207147588U的中国专利，公开了一种防结晶导波雷达液位计，其主要结构包括表头、导波杆以及连接表头与导波杆的密封连接体，所述表头包括外壳，外壳下端开口处设置有金属壳盖，金属壳盖上部固定设有弹针连接座，密封连接体包括信号传导杆和底座，信号传导杆位于弹针连接座下方，底座螺纹连接于所述金属壳盖下部，底座与信号传导杆之间嵌设有保温套管，保温套管外壁与金属壳盖和底座内壁相贴合，保温套管内壁与信号传导杆外壁相贴合，通过设置的保温套管，结晶在表头和密封连接体处的结晶物不再影响表头和密封连接体处电磁波的传导，确保液位测量的正常进行，但是当该装置自身发生故障时，不能够被工作人员及时发现，并且当液位将要低于或者超过额定高度时也不能够及时示警，难以满足化工生产的需求。

总而言之，现有导波雷达液位计具有智能化低，结构复杂，使用操作性差的缺点，并且当导波雷达液位计自身出现故障时难以及时发现，这将会无法检测到准确数据，影响正常的生产作业，甚至给生产者造成巨大的损失；当物料液位将要低于或者超过额定高度时，现有导波雷达液位计不能够及时示警，难以满足化工生产的需求；因此设计一种自动报警式导波雷达液位计具有广泛的应用市场和科学意义。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，针对现有导波雷达液位计智能化低、液位示警功能缺失和设备自诊功能弱等不足，在保证安装方便、测量准确条件下，设计一种自动报警式导波雷达液位计。

为了实现上述目的，本发明涉及的自动报警式导波雷达液位计，其主体结构包括信号采集模块、预处理模块、单片机和监控中心四个功能单元，四个功能单元主要由数据传输模块、微处理器、微波发射端、微波接收端、滤波电路、信号分级放大模块、前级模数转换模块、信号控制模块、智能运算模块、HART通讯模块、后级模数转换模块、故障警报模块、液位示警模块、电子显示屏、校正键、开关、温度监控模块、备用蓄电池、电路监控模块、黄色信号灯、喇叭、红色信号灯、物位比较模块、红色信号灯、蜂鸣器和蓝色信号灯电连接组合构成；其中由电子计算机处理功能为主的监控中心安装在工厂设备控制室中，监控中心与后级模数转换模块的接收端电信息连接，监控中心将控制信号转化为电信号传输到后级模数转换模块，后级模数转换模块接收电信号后转化为控制信号，后级模数转化模块将控制信号通过HART通讯模块转化为数字信号，后级模数转化模块的输出端与HART通讯模块接收端电信息连接组成数据传输模块，数据传输模块用于自动报警式导波雷达液位计与监控中心的双向信息传递；HART通讯模块的输出端与设置在微处理器上的信号控制模块接收端电信息连接，HART通讯模块将数字信号传递给信号控制模块；信号控制模块是微处理器的核心单元，微处理器还包括智能运算模块，智能运算模块的接收端与信号控制模块的输出端电信息连接；信号控制模块的输出端与自动报警式导波雷达液位计壳体外的开关电连接，开启开关，整个自动报警式导波雷达液位计通电运行；信号控制模块还与故障警报模块电信息连接，故障警报模块由温度监控模块、备用蓄电池、电路监控模块、黄色信号灯、喇叭和红色信号灯电连接组合构成；温度监控模块的接收端和电路监控模块的接收端分别与备用蓄电池电连接，温度监控模块的输出端分别与喇叭和红色信号灯电连接，温度监控模块的输出端还与信号控制模块电信息连接，电路监控模块分别与喇叭和黄色信号灯电连接；当整个自动报警式导波雷达液位计的温度低于或者高于正常工作温度范围时，温度监控模块启动喇叭和红色信号灯，同时温度监控模块向信号控制模块发送警报信号，信号控制模块将警报信号传送至监控中心；当自动报警式导波雷达液位计的电路同时出现故障时，备用蓄电池启动为温度监控模块提供电能；当电路监控模块检测到本装置电路出现故障时，备用蓄电池启动，电路监控模块启动喇叭和黄色信号灯进行警报；信号控制模块接收HART通讯模块传输的数字信号后向微波发射端发送发射电磁脉冲的指令，同时信号控制模块接收数字信号后向智能运算模块发送启动信号，智能运算模块接收启动信号后记录发送电磁脉冲的次数和时间；微波发射端与信号控制模块电信息连接，微波发射端接收指令后发射电磁脉冲，电磁脉冲遇到被测介质后形成回波，回波被微波接收端接收，微波发射端和微波接收端组成信号采集模块，信号采集模块固定设置在自动报警式导波雷达液位计的底端；微波接收端将接收的回波信号传递给预处理模块，微波接收端与预处理模块电信息连接；预处理模块由滤波电路、信号分级放大模块和前级模数转换模块依次电信息连接组合构成，滤波电路的接收端与微波接收端的输出端电信息连接，滤波电路将回波信号中的干扰信号去除并将处理后的回波信号传送到信号分级放大模块；信号分级放大模块的接收端与滤波电路的输出端电信息连接，信号分级放大模块根据接收回波信号的强弱进行不同倍数的放大，保证信号分级放大模块向前级模数转换模块输出相同强度等级范围的回波信号；信号分级放大模块的输出端与前级模数转换模块的接收端电信息连接，前级模数转换模块将回波信号转换为数字信号并发送给智能运算模块；智能运算模块的接收端与前级模数转换模块的输出端电信息连接，智能运算模块对短时间采集的多个回波信号进行计次和时间统计，进而计算出被测介质的液位高度；智能运算模块的接收端与固定设置在自动报警式导波雷达液位计壳体外部的校正键电信息连接，按下校正键能够矫正智能运算模块的各项运算参数，保证液位高度信息计算的准确度；智能运算模块将液位高度信息传输给电子显示屏；电子显示屏接收端与智能运算模块的输出端电信息连接，电子显示屏显示液位高度信息；同时智能运算模块将液位高度信息传送给后级模数转换模块和液位示警模块，后级模数转换模块的接收端与智能运算模块的输出端电信息连接，后级模数转换模块将液位高度信息转化为电流信号传送到监控中心；液位示警模块的接收端与智能运算模块的输出端电信息连接，液位示警模块由物位比较模块分别与红色信号灯、蜂鸣器和蓝色信号灯电连接组合构成，物位比较模块的输出端与数据传输模块的接收端电信息连接；液位示警模块接收液位高度信息后，先经物位比较模块将液位高度信息与额定液位高度范围进行比较；当液位高度高于最大额定液位高度时，物位比较模块启动蜂鸣器和红色信号灯，同时物位比较模块通过数据传输模块向监控中心发送示警信号，当液位高度低于最小额定液位高度时，物位比较模块启动蜂鸣器和蓝色信号灯，同时物位比较模块通过数据传输模块向监控中心发送示警信号，最终实现整套装置的液位示警，保障正常的化工生产作业。

本发明所述的单片机采用更高端的单片机，其主要功能包括数据传输功能、微处理器功能、信号控制功能、智能运算功能、HART通讯功能、后级模数转换功能、故障警报功能、液位示警功能、电子显示屏功能、校正键功能和开关功能。

本发明所述的自动报警式导波雷达液位计用于液位测量时，其具体的安装方式根据不同规格的储罐和储罐中的介质而有所不同，主要包括拱形罐安装方式、锥形罐安装方式、有料堆的储罐安装方式、附加反射板安装方式和附加导波管或旁通管的安装方式，其具体工艺如下：

(1)拱形罐安装方式：所述的自动报警式导波雷达液位计安装在储罐顶部直径的1/4或1/6处，且距离罐壁最小距离大于250毫米，并且信号采集模块深入到罐里的长度大于10mm，所述的自动报警式导波雷达液位计不能安装在拱形罐入料口的上方，室外安装时应采取遮阳和防雨措施；

(2)锥形罐安装方式：所述的自动报警式导波雷达液位计安装在锥形罐顶部的中间位置，并且信号采集模块深入到罐里的长度大于10mm，保证所述的自动报警式导波雷达液位计能够测量到锥形罐底部；

(3)有料堆的储罐安装方式：所述的自动报警式导波雷达液位计安装在有料堆的拱形储罐时，信号采集模块要垂直对准料面，并且信号采集模块深入到罐里的长度大于10mm，若料堆面不平并且堆角大时，必须使用万向法兰调整信号采集模块的安装角度，使信号采集模块尽量对准料面，并且所述的自动报警式导波雷达液位计安装在储罐顶部直径的1/4或1/6处，且距离罐壁最小距离大于250毫米；

(4)附加反射板安装方式：当罐中有障碍物影响测量时，要在罐中安装反射板；反射板倾斜安装在障碍物上端，防止干扰信号产生；

(5)附加导波管或旁通管的安装方式：当信号采集模块在罐中发射的电磁脉冲所辐射的区域内有人梯、限位开关、加热设备和支架等障碍物时，采用旁通管或导波管测量；使用旁通管时，旁通管采用法兰连接方式安装在储罐外一侧，信号采集模块安装在旁通管的上端，并且信号采集模块深入到罐里的长度大于10mm；使用导波管时，导波管安装在储罐内一侧，信号采集模块安装在导波管的上端，并且信号采集模块深入到罐里的长度大于10mm,导波管的中上端设置有等压孔，等压孔的直径为5-10mm；导波管的直径不小于50mm,并且导波管的内壁光滑；采用导波管的方式测量只能检测流动性好的介质，不能测量粘稠的介质。

本发明所述的一种应用自动报警式导波雷达液位计检测液位的具体工艺方法包括：设备安装与参数设定、信号采集、信号预处理、物位计算、故障示警和液位示警六个工艺步骤；具体工艺步骤如下：

(1)设备安装与参数设定：将所述的自动报警式导波雷达液位计安装在被测液体储罐上，采用4-20mA/HART两线制的电路连接方式将所述的自动报警式导波雷达液位计(或简称为液位计)与监控中心电信息连接，按开开关，液位计启动，按下校正键，对液位计进行校零，通过监控中心对液位计测定储罐的总高度、额定液位范围、装置正常工作温度范围、每次发射电磁脉冲次数、发射电磁脉冲的时间间隔、物位计算方程及所需常数进行设定；

(2)信号采集：监控中心向单片机发送运行信号，信号控制模块指令微波发射端发射电磁脉冲，同时信号控制模块向智能运算模块发送启动信号，智能运算模块接收启动信号后记录发送电磁脉冲的次数和时间，微波发射端接收指令后发射电磁脉冲，电磁脉冲遇到被测液体介质后形成回波，回波被微波接收端接收，微波接收端将接收的回波信号传递给预处理模块；

(3)信号预处理：预处理模块接收回波信号后，滤波电路将回波信号中的干扰信号去除，并将处理后的回波信号传送到信号分级放大模块，信号分级放大模块根据接收回波信号的强弱进行不同倍数的放大，保证信号分级放大模块向前级模数转换模块输出相同强度等级范围的回波信号，前级模数转换模块将回波信号转换为数字信号并发送给智能运算模块；

(4)物位计算：智能运算模块接收数字信号后，智能运算模块对短时间采集的多个回波数字信号进行计次和时间统计，智能运算模块根据采集的多个回波数字信号次数与时间、接收启动信号后记录发送电磁脉冲的次数和时间计算出被测介质的液位高度，智能运算模块将液位高度信息传输给电子显示屏，电子显示屏显示液位高度信息；同时智能运算模块将液位高度信息传送给后级模数转换模块，后级模数转化模块将数字化液位高度信息转化为电流信号传送给监控中心，监控中心显示液位高度信息；

(5)故障示警：液位计启动后，故障警报模块运转，当液位计的温度低于或者高于正常工作温度范围时，温度监控模块启动喇叭和红色信号灯，同时温度监控模块向信号控制模块发送警报信号，信号控制模块将警报信号传送至监控中心，当液位计的电路同时出现故障时，备用蓄电池启动为温度监控模块提供电能；当电路监控模块检测到液位计的电路出现故障时，备用蓄电池启动，电路监控模块启动喇叭和黄色信号灯进行示警；

(6)液位示警：智能运算模块将每次计算的液位高度信息传送给液位示警模块，液位示警模块接收液位高度信息后，先经物位比较模块将所测液位高度信息与额定液位高度范围进行比较，当液位高度高于最大额定液位高度时，物位比较模块启动蜂鸣器和红色信号灯，同时物位比较模块通过数据传输模块向监控中心发送示警信号，当液位高度低于最小额定液位高度时，物位比较模块启动蜂鸣器和蓝色信号灯，同时物位比较模块通过数据传输模块向监控中心发送示警信号，最终实现整套液位计的液位示警，保障正常的化工生产作业。

本发明所述的自动报警式导波雷达液位计与监控中心采用4-20mA/HART两线制连接方式，供电电缆使用普通两芯电缆；涉及的自动报警式导波雷达液位计与监控中心或采用4-20mA/HART四线制，供电电缆使用带有用地线的电缆线；涉及的自动报警式导波雷达液位计与监控中心或采用RS485/Modbus接线方式，供电电缆使用屏蔽电缆线，屏蔽线两端接地，在接地一端连接一个带接地电位的电容，且采用低电阻接地。

本发明所述的自动报警式导波雷达液位计与电源的接线方式包括：标准型接线方式、本质安全型防爆接线方式和隔爆型防爆接线方式，具体接线方式如下：

(1)标准型接线方式：涉及的自动报警式导波雷达液位计的仪表接线端子与电源电连接，并且在电路的零线上安装毫安表；

(2)本质安全型防爆接线方式：涉及的自动报警式导波雷达液位计的仪表接线端子与电源电连接，并且在电路的零线上安装毫安表，电源安装有安全栅，提高用电安全，电源、毫安表和全部电路连接线位于防爆区，仪表接线端子位于非防爆区；

(3)隔爆型防爆接线方式：涉及的自动报警式导波雷达液位计的仪表接线端子与电源电连接，并且在电路的火线上安装毫安表，电源、毫安表和一部分电路连接线位于防爆区，仪表接线端子和另一部分电路连接线位于非防爆区。

本发明与现有技术相比，所设计的自动报警式导波雷达液位计功能完善，科学实用，采用26GHz频率和短波发射装置，便于安装，并且采用新型微处理器而使灵活性增大、功能增强，具有较强的自诊断能力和液位超出额定范围的示警功能，用途广泛，应用环境友好。

附图说明：

图1为本发明涉及的自动报警式导波雷达液位计主体结构原理示意框图。

图2为本发明涉及的故障警报模块主体结构原理示意框图。

图3为本发明涉及的液位示警模块主体结构原理示意框图。

图4为本发明涉及的拱形罐安装方式结构原理示意框图。

图5为本发明涉及的锥形罐安装方式结构原理示意框图。

图6为本发明涉及的有料堆的储罐安装方式结构原理示意框图。

图7为本发明涉及的附加反射板安装方式结构原理示意框图。

图8为本发明涉及的附加导波管或旁通管的安装方式结构原理示意框图。

图9为本发明涉及的应用自动报警式导波雷达液位计测量液位的工艺流程示意框图。

图10为本发明涉及的标准型接线方式结构原理示意框图。

图11为本发明涉及的本质安全型防爆接线方式结构原理示意框图。

图12为本发明涉及的隔爆型防爆接线方式结构原理示意框图。

具体实施方式：

下面通过实施例并结合附图对本发明作进一步说明。

实施例1：

本实施例涉及的自动报警式导波雷达液位计，其主体结构包括信号采集模块1、预处理模块2、单片机3和监控中心4四个功能单元，四个功能单元主要由数据传输模块5、微处理器6、微波发射端7、微波接收端8、滤波电路9、信号分级放大模块10、前级模数转换模块11、信号控制模块12、智能运算模块13、HART通讯模块14、后级模数转换模块15、故障警报模块16、液位示警模块17、电子显示屏18、校正键19、开关20、温度监控模块21、备用蓄电池22、电路监控模块23、黄色信号灯24、喇叭25、红色信号灯26、物位比较模块27、红色信号灯28、蜂鸣器29和蓝色信号灯30电连接组合构成；其中由电子计算机处理功能为主的监控中心4安装在工厂设备控制室中，监控中心4与后级模数转换模块15的接收端电信息连接，监控中心4将控制信号转化为电信号传输到后级模数转换模块15，后级模数转换模块15接收电信号后转化为控制信号，后级模数转化模块15将控制信号通过HART通讯模块14转化为数字信号，后级模数转化模块15的输出端与HART通讯模块14接收端电信息连接组成数据传输模块5，数据传输模块5用于自动报警式导波雷达液位计与监控中心4的双向信息传递；HART通讯模块14的输出端与设置在微处理器6上的信号控制模块12接收端电信息连接，HART通讯模块14将数字信号传递给信号控制模块12；信号控制模块12是微处理器6的核心单元，微处理器6还包括智能运算模块13，智能运算模块13的接收端与信号控制模块12的输出端电信息连接；信号控制模块12的输出端与自动报警式导波雷达液位计壳体外的开关20电连接，开启开关20，整个自动报警式导波雷达液位计通电运行；信号控制模块12还与故障警报模块16电信息连接，故障警报模块16由温度监控模块21、备用蓄电池22、电路监控模块23、黄色信号灯24、喇叭25和红色信号灯26电连接组合构成；温度监控模块21的接收端和电路监控模块23的接收端分别与备用蓄电池22电连接，温度监控模块21的输出端分别与喇叭25和红色信号灯26电连接，温度监控模块21的输出端还与信号控制模块12电信息连接，电路监控模块23分别与喇叭25和黄色信号灯24电连接；当整个自动报警式导波雷达液位计的温度低于或者高于正常工作温度范围时，温度监控模块21启动喇叭25和红色信号灯26，同时温度监控模块21向信号控制模块12发送警报信号，信号控制模块12将警报信号传送至监控中心4；当自动报警式导波雷达液位计的电路同时出现故障时，备用蓄电池22启动为温度监控模块21提供电能；当电路监控模块23检测到本装置电路出现故障时，备用蓄电池22启动，电路监控模块23启动喇叭25和黄色信号灯24进行警报；信号控制模块12接收HART通讯模块14传输的数字信号后向微波发射端7发送发射电磁脉冲的指令，同时信号控制模块12接收数字信号后向智能运算模块13发送启动信号，智能运算模块13接收启动信号后记录发送电磁脉冲的次数和时间；微波发射端7与信号控制模块12电信息连接，微波发射端7接收指令后发射电磁脉冲，电磁脉冲遇到被测介质后形成回波，回波被微波接收端8接收，微波发射端7和微波接收端8组成信号采集模块1，信号采集模块1固定设置在自动报警式导波雷达液位计的底端；微波接收端8将接收的回波信号传递给预处理模块2，微波接收端8与预处理模块2电信息连接；预处理模块2由滤波电路9、信号分级放大模块10和前级模数转换模块11依次电信息连接组合构成，滤波电路9的接收端与微波接收端8的输出端电信息连接，滤波电路9将回波信号中的干扰信号去除并将处理后的回波信号传送到信号分级放大模块10；信号分级放大模块10的接收端与滤波电路9的输出端电信息连接，信号分级放大模块10根据接收回波信号的强弱进行不同倍数的放大，保证信号分级放大模块10向前级模数转换模块11输出相同强度等级范围的回波信号；信号分级放大模块10的输出端与前级模数转换模块11的接收端电信息连接，前级模数转换模块11将回波信号转换为数字信号并发送给智能运算模块13；智能运算模块13的接收端与前级模数转换模块11的输出端电信息连接，智能运算模块13对短时间采集的多个回波信号进行计次和时间统计，进而计算出被测介质的液位高度；智能运算模块13的接收端与固定设置在自动报警式导波雷达液位计壳体外部的校正键19电信息连接，按下校正键19能够矫正智能运算模块13的各项运算参数，保证液位高度信息计算的准确度；智能运算模块13将液位高度信息传输给电子显示屏18；电子显示屏18接收端与智能运算模块13的输出端电信息连接，电子显示屏18显示液位高度信息；同时智能运算模块13将液位高度信息传送给后级模数转换模块15和液位示警模块17，后级模数转换模块15的接收端与智能运算模块13的输出端电信息连接，后级模数转换模块15将液位高度信息转化为电流信号传送到监控中心4；液位示警模块17的接收端与智能运算模块13的输出端电信息连接，液位示警模块17由物位比较模块27分别与红色信号灯28、蜂鸣器29和蓝色信号灯30电连接组合构成，物位比较模块27的输出端与数据传输模块5的接收端电信息连接；液位示警模块17接收液位高度信息后，先经物位比较模块27将液位高度信息与额定液位高度范围进行比较；当液位高度高于最大额定液位高度时，物位比较模块27启动蜂鸣器29和红色信号灯28，同时物位比较模块27通过数据传输模块5向监控中心4发送示警信号，当液位高度低于最小额定液位高度时，物位比较模块27启动蜂鸣器29和蓝色信号灯30，同时物位比较模块27通过数据传输模块5向监控中心4发送示警信号，最终实现整套装置的液位示警，保障正常的化工生产作业。

本实施例涉及的单片机3采用更高端的单片机，其主要功能包括数据传输功能、微处理器功能、信号控制功能、智能运算功能、HART通讯功能、后级模数转换功能、故障警报功能、液位示警功能、电子显示屏功能、校正键功能和开关功能。

实施例2

本实施例涉及的自动报警式导波雷达液位计用于液位测量时，其具体的安装方式根据不同规格的储罐和储罐中的介质而有所不同，主要包括拱形罐安装方式、锥形罐安装方式、有料堆的储罐安装方式、附加反射板安装方式和附加导波管或旁通管的安装方式，其具体工艺如下：

(1)拱形罐安装方式：如图4所示，所述的自动报警式导波雷达液位计安装在储罐顶部直径的1/4或1/6处，且距离罐壁最小距离大于250毫米，并且信号采集模块1深入到罐里的长度大于10mm，所述的自动报警式导波雷达液位计不能安装在拱形罐入料口的上方，室外安装时应采取遮阳和防雨措施；

(2)锥形罐安装方式：如图5所示，所述的自动报警式导波雷达液位计安装在锥形罐顶部的中间位置，并且信号采集模块1深入到罐里的长度大于10mm，保证所述的自动报警式导波雷达液位计能够测量到锥形罐底部；

(3)有料堆的储罐安装方式：如图6所示，所述的自动报警式导波雷达液位计安装在有料堆的拱形储罐时，信号采集模块1要垂直对准料面，并且信号采集模块1深入到罐里的长度大于10mm，若料堆面不平并且堆角大时，必须使用万向法兰调整信号采集模块1的安装角度，使信号采集模块1尽量对准料面，并且所述的自动报警式导波雷达液位计安装在储罐顶部直径的1/4或1/6处，且距离罐壁最小距离大于250毫米；

(4)附加反射板安装方式：如图7所示，当罐中有障碍物影响测量时，要在罐中安装反射板31；反射板31倾斜安装在障碍物上端，防止干扰信号产生；

(5)附加导波管或旁通管的安装方式：如图8所示，当信号采集模块1在罐中发射的电磁脉冲所辐射的区域内有人梯、限位开关、加热设备和支架等障碍物时，采用旁通管32或导波管33测量；使用旁通管32时，旁通管32采用法兰连接方式安装在储罐外一侧，信号采集模块1安装在旁通管32的上端，并且信号采集模块1深入到罐里的长度大于10mm；使用导波管33时，导波管33安装在储罐内一侧，信号采集模块1安装在导波管33的上端，并且信号采集模块1深入到罐里的长度大于10mm,导波管33的中上端设置有等压孔34，等压孔34的直径为5-10mm；导波管33的直径不小于50mm,并且导波管33的内壁光滑；采用导波管的方式测量只能检测流动性好的介质，不能测量粘稠的介质。

实施例3

本实施例涉及的一种应用自动报警式导波雷达液位计检测液位的具体工艺方法包括：设备安装与参数设定、信号采集、信号预处理、物位计算、故障示警和液位示警六个工艺步骤；具体工艺步骤如下：

(1)设备安装与参数设定：按照实施例2所述的任何一种安装方式将所述的自动报警式导波雷达液位计安装在被测液体储罐上，采用4-20mA/HART两线制的电路连接方式将所述的自动报警式导波雷达液位计(或简称为液位计)与监控中心4电信息连接，按开开关20，液位计启动，按下校正键19，对液位计进行校零，通过监控中心4对液位计测定储罐的总高度、额定液位范围、装置正常工作温度范围、每次发射电磁脉冲次数、发射电磁脉冲的时间间隔、物位计算方程及所需常数进行设定；

(2)信号采集：监控中心4向单片机3发送运行信号，信号控制模块12指令微波发射端7发射电磁脉冲，同时信号控制模块12向智能运算模块13发送启动信号，智能运算模块13接收启动信号后记录发送电磁脉冲的次数和时间，微波发射端7接收指令后发射电磁脉冲，电磁脉冲遇到被测液体介质后形成回波，回波被微波接收端8接收，微波接收端8将接收的回波信号传递给预处理模块2；

(3)信号预处理：预处理模块2接收回波信号后，滤波电路9将回波信号中的干扰信号去除，并将处理后的回波信号传送到信号分级放大模块10，信号分级放大模块10根据接收回波信号的强弱进行不同倍数的放大，保证信号分级放大模块10向前级模数转换模块11输出相同强度等级范围的回波信号，前级模数转换模块11将回波信号转换为数字信号并发送给智能运算模块13；

(4)物位计算：智能运算模块13接收数字信号后，智能运算模块13对短时间采集的多个回波数字信号进行计次和时间统计，智能运算模块13根据采集的多个回波数字信号次数与时间、接收启动信号后记录发送电磁脉冲的次数和时间计算出被测介质的液位高度，智能运算模块13将液位高度信息传输给电子显示屏18，电子显示屏18显示液位高度信息；同时智能运算模块13将液位高度信息传送给后级模数转换模块15，后级模数转化模块15将数字化液位高度信息转化为电流信号传送给监控中心4，监控中心4显示液位高度信息；

(5)故障示警：液位计启动后，故障警报模块16运转，当液位计的温度低于或者高于正常工作温度范围时，温度监控模块21启动喇叭25和红色信号灯26，同时温度监控模块21向信号控制模块12发送警报信号，信号控制模块12将警报信号传送至监控中心4，当液位计的电路同时出现故障时，备用蓄电池22启动为温度监控模块21提供电能；当电路监控模块23检测到液位计的电路出现故障时，备用蓄电池22启动，电路监控模块23启动喇叭25和黄色信号灯24进行示警；

(6)液位示警：智能运算模块13将每次计算的液位高度信息传送给液位示警模块17，液位示警模块17接收液位高度信息后，先经物位比较模块27将所测液位高度信息与额定液位高度范围进行比较，当液位高度高于最大额定液位高度时，物位比较模块27启动蜂鸣器29和红色信号灯28，同时物位比较模块27通过数据传输模块5向监控中心4发送示警信号，当液位高度低于最小额定液位高度时，物位比较模块27启动蜂鸣器29和蓝色信号灯30，同时物位比较模块27通过数据传输模块5向监控中心4发送示警信号，最终实现整套液位计的液位示警，保障正常的化工生产作业。

实施例4

本实施例涉及的自动报警式导波雷达液位计与监控中心4采用4-20mA/HART两线制连接方式，供电电缆使用普通两芯电缆；涉及的自动报警式导波雷达液位计与监控中心4或采用4-20mA/HART四线制，供电电缆使用带有用地线的电缆线；涉及的自动报警式导波雷达液位计与监控中心4或采用RS485/Modbus接线方式，供电电缆使用屏蔽电缆线，屏蔽线两端接地，在接地一端连接一个带接地电位的电容，且采用低电阻接地。

实施例5

本实施例涉及的自动报警式导波雷达液位计与电源的接线方式包括：标准型接线方式、本质安全型防爆接线方式和隔爆型防爆接线方式，具体接线方式如下：

(1)标准型接线方式：如图10所示，涉及的自动报警式导波雷达液位计的仪表接线端子37与电源35电连接，并且在电路的零线上安装毫安表36；

(2)本质安全型防爆接线方式：如图11所示，涉及的自动报警式导波雷达液位计的仪表接线端子37与电源35电连接，并且在电路的零线上安装毫安表36，电源35安装有安全栅38，提高用电安全，电源35、毫安表36和全部电路连接线位于防爆区，仪表接线端子37位于非防爆区；

(3)隔爆型防爆接线方式：如图12所示，涉及的自动报警式导波雷达液位计的仪表接线端子37与电源35电连接，并且在电路的火线上安装毫安表36，电源35、毫安表36和一部分电路连接线位于防爆区，仪表接线端子37和另一部分电路连接线位于非防爆区。

Claims (6)

1.一种自动报警式导波雷达液位计，其特征在于：包括信号采集模块、预处理模块、单片机和监控中心四个功能单元，四个功能单元主要由数据传输模块、微处理器、微波发射端、微波接收端、滤波电路、信号分级放大模块、前级模数转换模块、信号控制模块、智能运算模块、HART通讯模块、后级模数转换模块、故障警报模块、液位示警模块、电子显示屏、校正键、开关、温度监控模块、备用蓄电池、电路监控模块、黄色信号灯、喇叭、红色信号灯、物位比较模块、红色信号灯、蜂鸣器和蓝色信号灯电连接组合构成；其中由电子计算机处理功能为主的监控中心安装在工厂设备控制室中，监控中心与后级模数转换模块的接收端电信息连接，监控中心将控制信号转化为电信号传输到后级模数转换模块，后级模数转换模块接收电信号后转化为控制信号，后级模数转化模块将控制信号通过HART通讯模块转化为数字信号，后级模数转化模块的输出端与HART通讯模块接收端电信息连接组成数据传输模块，数据传输模块用于自动报警式导波雷达液位计与监控中心的双向信息传递；HART通讯模块的输出端与设置在微处理器上的信号控制模块接收端电信息连接，HART通讯模块将数字信号传递给信号控制模块；信号控制模块是微处理器的核心单元，微处理器还包括智能运算模块，智能运算模块的接收端与信号控制模块的输出端电信息连接；信号控制模块的输出端与自动报警式导波雷达液位计壳体外的开关电连接，开启开关，整个自动报警式导波雷达液位计通电运行；信号控制模块还与故障警报模块电信息连接，故障警报模块由温度监控模块、备用蓄电池、电路监控模块、黄色信号灯、喇叭和红色信号灯电连接组合构成；温度监控模块的接收端和电路监控模块的接收端分别与备用蓄电池电连接，温度监控模块的输出端分别与喇叭和红色信号灯电连接，温度监控模块的输出端还与信号控制模块电信息连接，电路监控模块分别与喇叭和黄色信号灯电连接；当整个自动报警式导波雷达液位计的温度低于或者高于正常工作温度范围时，温度监控模块启动喇叭和红色信号灯，同时温度监控模块向信号控制模块发送警报信号，信号控制模块将警报信号传送至监控中心；当自动报警式导波雷达液位计的电路同时出现故障时，备用蓄电池启动为温度监控模块提供电能；当电路监控模块检测到本装置电路出现故障时，备用蓄电池启动，电路监控模块启动喇叭和黄色信号灯进行警报；信号控制模块接收HART通讯模块传输的数字信号后向微波发射端发送发射电磁脉冲的指令，同时信号控制模块接收数字信号后向智能运算模块发送启动信号，智能运算模块接收启动信号后记录发送电磁脉冲的次数和时间；微波发射端与信号控制模块电信息连接，微波发射端接收指令后发射电磁脉冲，电磁脉冲遇到被测介质后形成回波，回波被微波接收端接收，微波发射端和微波接收端组成信号采集模块，信号采集模块固定设置在自动报警式导波雷达液位计的底端；微波接收端将接收的回波信号传递给预处理模块，微波接收端与预处理模块电信息连接；预处理模块由滤波电路、信号分级放大模块和前级模数转换模块依次电信息连接组合构成，滤波电路的接收端与微波接收端的输出端电信息连接，滤波电路将回波信号中的干扰信号去除并将处理后的回波信号传送到信号分级放大模块；信号分级放大模块的接收端与滤波电路的输出端电信息连接，信号分级放大模块根据接收回波信号的强弱进行不同倍数的放大，保证信号分级放大模块向前级模数转换模块输出相同强度等级范围的回波信号；信号分级放大模块的输出端与前级模数转换模块的接收端电信息连接，前级模数转换模块将回波信号转换为数字信号并发送给智能运算模块；智能运算模块的接收端与前级模数转换模块的输出端电信息连接，智能运算模块对短时间采集的多个回波信号进行计次和时间统计，进而计算出被测介质的液位高度；智能运算模块的接收端与固定设置在自动报警式导波雷达液位计壳体外部的校正键电信息连接，按下校正键能够矫正智能运算模块的各项运算参数，保证液位高度信息计算的准确度；智能运算模块将液位高度信息传输给电子显示屏；电子显示屏接收端与智能运算模块的输出端电信息连接，电子显示屏显示液位高度信息；同时智能运算模块将液位高度信息传送给后级模数转换模块和液位示警模块，后级模数转换模块的接收端与智能运算模块的输出端电信息连接，后级模数转换模块将液位高度信息转化为电流信号传送到监控中心；液位示警模块的接收端与智能运算模块的输出端电信息连接，液位示警模块由物位比较模块分别与红色信号灯、蜂鸣器和蓝色信号灯电连接组合构成，物位比较模块的输出端与数据传输模块的接收端电信息连接；液位示警模块接收液位高度信息后，先经物位比较模块将液位高度信息与额定液位高度范围进行比较；当液位高度高于最大额定液位高度时，物位比较模块启动蜂鸣器和红色信号灯，同时物位比较模块通过数据传输模块向监控中心发送示警信号，当液位高度低于最小额定液位高度时，物位比较模块启动蜂鸣器和蓝色信号灯，同时物位比较模块通过数据传输模块向监控中心发送示警信号，最终实现整套装置的液位示警，保障正常的化工生产作业。

2.根据权利要求1所述的自动报警式导波雷达液位计，其特征在于：所述的单片机采用更高端的单片机，其主要功能包括数据传输功能、微处理器功能、信号控制功能、智能运算功能、HART通讯功能、后级模数转换功能、故障警报功能、液位示警功能、电子显示屏功能、校正键功能和开关功能。

3.根据权利要求1所述的自动报警式导波雷达液位计，其特征在于：所述的自动报警式导波雷达液位计用于液位测量时，其具体的安装方式根据不同规格的储罐和储罐中的介质而有所不同，主要包括拱形罐安装方式、锥形罐安装方式、有料堆的储罐安装方式、附加反射板安装方式和附加导波管或旁通管的安装方式，其具体工艺如下：

(1)拱形罐安装方式：所述的自动报警式导波雷达液位计安装在储罐顶部直径的1/4或1/6处，且距离罐壁最小距离大于250毫米，并且信号采集模块深入到罐里的长度大于10mm，所述的自动报警式导波雷达液位计不能安装在拱形罐入料口的上方，室外安装时应采取遮阳和防雨措施；

(2)锥形罐安装方式：所述的自动报警式导波雷达液位计安装在锥形罐顶部的中间位置，并且信号采集模块深入到罐里的长度大于10mm，保证所述的自动报警式导波雷达液位计能够测量到锥形罐底部；

(3)有料堆的储罐安装方式：所述的自动报警式导波雷达液位计安装在有料堆的拱形储罐时，信号采集模块要垂直对准料面，并且信号采集模块深入到罐里的长度大于10mm，若料堆面不平并且堆角大时，必须使用万向法兰调整信号采集模块的安装角度，使信号采集模块尽量对准料面，并且所述的自动报警式导波雷达液位计安装在储罐顶部直径的1/4或1/6处，且距离罐壁最小距离大于250毫米；

(4)附加反射板安装方式：当罐中有障碍物影响测量时，要在罐中安装反射板；反射板倾斜安装在障碍物上端，防止干扰信号产生；

(5)附加导波管或旁通管的安装方式：当信号采集模块在罐中发射的电磁脉冲所辐射的区域内有人梯、限位开关、加热设备和支架等障碍物时，采用旁通管或导波管测量；使用旁通管时，旁通管采用法兰连接方式安装在储罐外一侧，信号采集模块安装在旁通管的上端，并且信号采集模块深入到罐里的长度大于10mm；使用导波管时，导波管安装在储罐内一侧，信号采集模块安装在导波管的上端，并且信号采集模块深入到罐里的长度大于10mm,导波管的中上端设置有等压孔，等压孔的直径为5-10mm；导波管的直径不小于50mm,并且导波管的内壁光滑；采用导波管的方式测量只能检测流动性好的介质，不能测量粘稠的介质。

4.根据权利要求1所述的自动报警式导波雷达液位计，其特征在于：一种应用所述自动报警式导波雷达液位计检测液位的具体工艺方法包括：设备安装与参数设定、信号采集、信号预处理、物位计算、故障示警和液位示警六个工艺步骤；具体工艺步骤如下：

(1)设备安装与参数设定：将所述的自动报警式导波雷达液位计安装在被测液体储罐上，采用4-20mA/HART两线制的电路连接方式将所述的自动报警式导波雷达液位计(或简称为液位计)与监控中心电信息连接，按开开关，液位计启动，按下校正键，对液位计进行校零，通过监控中心对液位计测定储罐的总高度、额定液位范围、装置正常工作温度范围、每次发射电磁脉冲次数、发射电磁脉冲的时间间隔、物位计算方程及所需常数进行设定；

(2)信号采集：监控中心向单片机发送运行信号，信号控制模块指令微波发射端发射电磁脉冲，同时信号控制模块向智能运算模块发送启动信号，智能运算模块接收启动信号后记录发送电磁脉冲的次数和时间，微波发射端接收指令后发射电磁脉冲，电磁脉冲遇到被测液体介质后形成回波，回波被微波接收端接收，微波接收端将接收的回波信号传递给预处理模块；

(3)信号预处理：预处理模块接收回波信号后，滤波电路将回波信号中的干扰信号去除，并将处理后的回波信号传送到信号分级放大模块，信号分级放大模块根据接收回波信号的强弱进行不同倍数的放大，保证信号分级放大模块向前级模数转换模块输出相同强度等级范围的回波信号，前级模数转换模块将回波信号转换为数字信号并发送给智能运算模块；

(4)物位计算：智能运算模块接收数字信号后，智能运算模块对短时间采集的多个回波数字信号进行计次和时间统计，智能运算模块根据采集的多个回波数字信号次数与时间、接收启动信号后记录发送电磁脉冲的次数和时间计算出被测介质的液位高度，智能运算模块将液位高度信息传输给电子显示屏，电子显示屏显示液位高度信息；同时智能运算模块将液位高度信息传送给后级模数转换模块，后级模数转化模块将数字化液位高度信息转化为电流信号传送给监控中心，监控中心显示液位高度信息；

(5)故障示警：液位计启动后，故障警报模块运转，当液位计的温度低于或者高于正常工作温度范围时，温度监控模块启动喇叭和红色信号灯，同时温度监控模块向信号控制模块发送警报信号，信号控制模块将警报信号传送至监控中心，当液位计的电路同时出现故障时，备用蓄电池启动为温度监控模块提供电能；当电路监控模块检测到液位计的电路出现故障时，备用蓄电池启动，电路监控模块启动喇叭和黄色信号灯进行示警；

(6)液位示警：智能运算模块将每次计算的液位高度信息传送给液位示警模块，液位示警模块接收液位高度信息后，先经物位比较模块将所测液位高度信息与额定液位高度范围进行比较，当液位高度高于最大额定液位高度时，物位比较模块启动蜂鸣器和红色信号灯，同时物位比较模块通过数据传输模块向监控中心发送示警信号，当液位高度低于最小额定液位高度时，物位比较模块启动蜂鸣器和蓝色信号灯，同时物位比较模块通过数据传输模块向监控中心发送示警信号，最终实现整套液位计的液位示警，保障正常的化工生产作业。

5.根据权利要求1所述的自动报警式导波雷达液位计，其特征在于：所述的自动报警式导波雷达液位计与监控中心采用4-20mA/HART两线制连接方式，供电电缆使用普通两芯电缆；涉及的自动报警式导波雷达液位计与监控中心或采用4-20mA/HART四线制，供电电缆使用带有用地线的电缆线；涉及的自动报警式导波雷达液位计与监控中心或采用RS485/Modbus接线方式，供电电缆使用屏蔽电缆线，屏蔽线两端接地，在接地一端连接一个带接地电位的电容，且采用低电阻接地。

6.根据权利要求1所述的自动报警式导波雷达液位计，其特征在于：所述的自动报警式导波雷达液位计与电源的接线方式包括：标准型接线方式、本质安全型防爆接线方式和隔爆型防爆接线方式，具体接线方式如下：

(1)标准型接线方式：涉及的自动报警式导波雷达液位计的仪表接线端子与电源电连接，并且在电路的零线上安装毫安表；

(2)本质安全型防爆接线方式：涉及的自动报警式导波雷达液位计的仪表接线端子与电源电连接，并且在电路的零线上安装毫安表，电源安装有安全栅，提高用电安全，电源、毫安表和全部电路连接线位于防爆区，仪表接线端子位于非防爆区；

(3)隔爆型防爆接线方式：涉及的自动报警式导波雷达液位计的仪表接线端子与电源电连接，并且在电路的火线上安装毫安表，电源、毫安表和一部分电路连接线位于防爆区，仪表接线端子和另一部分电路连接线位于非防爆区。