雷達(dá)液位計(jì)如何正確選型

時(shí)間：2022-02-21作者：西安賽譜自動化儀表技術(shù)有限公司瀏覽：154

物位儀表在選型時(shí)，與壓力、流量等儀表有很大不同。物位測量的現(xiàn)場工況千差萬別，很難設(shè)計(jì)出能滿足所有工況應(yīng)用的物位儀表。
在非接觸式物位測量儀表中，超聲波物位計(jì)和雷達(dá)物位計(jì)是兩大主流儀表。這兩類儀表各有特點(diǎn)，只有充分了解儀表特點(diǎn)及應(yīng)用條件，才能做到選型合理，充分利用儀表的測量性能。

超聲波物位計(jì)

 傳感器發(fā)出的超聲波碰到被測介質(zhì)被反射，反射回波的質(zhì)量反映了物位計(jì)應(yīng)用效果。回波質(zhì)量定義為較小回波幅度（在較惡劣條件下回波幅度）比較大噪聲幅度（虛假回波、多徑反射回波等的幅度）?；夭ㄙ|(zhì)量數(shù)值越大，物位計(jì)應(yīng)用效果越好。
超聲波物位計(jì)工作頻率及測量性能：傳感器高頻(40-70KHz)工作時(shí)，傳感器的尺寸小，盲區(qū)小，方向性好，精度高，但其聲波衰減快，傳播介質(zhì)（空氣）波動時(shí)穿透性差，測距較小。傳感器低頻(10-20KHz)工作時(shí)，傳感器尺寸大，盲區(qū)大，方向性不好，精度低，其優(yōu)勢是聲波衰減慢，傳播介質(zhì)（空氣）波動時(shí)穿透性較好，測距稍遠(yuǎn)。
超聲波的回波強(qiáng)度主要受以下兩個(gè)因素影響：

１.傳播介質(zhì)越穩(wěn)定越有利于傳播。

超聲波是機(jī)械波。機(jī)械波在傳播過程中會受到傳播介質(zhì)穩(wěn)定程度的影響。例如：有一池塘水，當(dāng)風(fēng)平浪靜時(shí)， 往池塘中扔一石子就可看到水波紋，當(dāng)大風(fēng)使池塘水起波浪時(shí)，往池塘中扔很大的石頭都難看到水波紋。引起空氣波動因素很多，如：粉塵，氣浪，蒸汽，料流等都會引起空氣波動，降低回波質(zhì)量，影響測量效果。當(dāng)粉塵，氣浪等現(xiàn)象嚴(yán)重時(shí)，建議用低頻超聲波物位計(jì)來測量。

2.被測介質(zhì)表面越平整，聲阻抗越大（越硬）越有利于反射回波。

在固體測量時(shí)，被測表面都是不平的，有一定的安息角。在這種條件下的反射波是漫反射波。由于反射與波長有關(guān)，當(dāng)反射面的線度可與波長相比時(shí)或較大時(shí)，才能發(fā)生反射。顯然，工作頻率越高，其波長越小，對于較小的物料，較易于發(fā)生漫反射。例如，頻率為10KHz的機(jī)械波在空氣中的波長是34mm，大多數(shù)情況下，物料的線度都不會有這么大。此外，低頻工作時(shí)，**波的開角大，回波就會很寬。這時(shí)測得的數(shù)據(jù)也就不準(zhǔn)了，有時(shí)會差幾百毫米甚至1米或更多。因此，測量顆粒較小的固體料位，建議使用高頻超聲波物位計(jì)。西安賽譜自動化儀表技術(shù)有限公司
 綜上述，考慮現(xiàn)場工況時(shí)，應(yīng)特別注意兩個(gè)方面：換能器到被測介質(zhì)間的空氣狀態(tài)和被測介質(zhì)的表面狀態(tài)。
 超聲波物位計(jì)的選擇：

１.換能器

生產(chǎn)商給出的較大量程一般是在實(shí)驗(yàn)室條件下才能達(dá)到。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，選擇量程時(shí)，要留有余量。應(yīng)確保測量距離為儀表較大量程的0.3-0.5倍。較好有應(yīng)用案例。

２.控制表

應(yīng)選擇有回波顯示功能的控制表。由于物位測量工況的不確定性，物位計(jì)的工作性能僅用數(shù)字表示是不夠的?；夭@示是將換能器到被測介質(zhì)之間全過程的回波顯示出來。盲區(qū)附近的波形狀況，真實(shí)回波、虛假回波以及雜散噪聲的幅度、寬度以及信噪比等有關(guān)測量性能的因素通過回波曲線的形式全面反映出來，使用戶做到一目了然，心中有數(shù)。
 一臺好的超聲波物位計(jì)應(yīng)具備的性能：頻率高、**波開角小（方向性好），換能器諧振好（盲區(qū)?。瑩Q能器要起振快，剎車快，諧振頻率準(zhǔn)。全量程回波處理動態(tài)范圍大（100-120dB），回波圖形顯示。在多虛假回波的工況下，回波波形不斷變化時(shí)，物位計(jì)應(yīng)能準(zhǔn)確地捕獲真實(shí)回波。因此，物位計(jì)的回波　　處理軟件應(yīng)具有良好的算法（是一種物位測量應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)積累的總和）。
超聲波物位計(jì)目前市場**：由于雷達(dá)技術(shù)的普及和發(fā)展以及雷達(dá)的技術(shù)特點(diǎn)，在物位測量中，超聲波物位計(jì)有被雷達(dá)物位計(jì)取代的趨勢。綜合性價(jià)比分析，在液位測量方面，超聲波物位計(jì)還有市場。

雷達(dá)物位計(jì)

非接觸物位測量中，雷達(dá)技術(shù)的應(yīng)用近年來獲得快速發(fā)展。超聲波物位計(jì)中換能器是眼睛，而雷達(dá)物位計(jì)中高頻頭和天線是眼睛，回波處理是物位計(jì)的大腦。雷達(dá)物位計(jì)繼承了超聲波物位計(jì)的回波處理技術(shù)。
 雷達(dá)物位計(jì)發(fā)出的電磁波碰到被測介質(zhì)被反射，反射回波的質(zhì)量反映了物位計(jì)應(yīng)用效果?；夭ㄙ|(zhì)量定義為較小回波幅度（在較惡劣條件下回波幅度）比較大噪聲幅度（虛假回波、多徑反射波等的幅度）。回波質(zhì)量數(shù)值越大，物位計(jì)應(yīng)用效果越好?！∥靼操愖V自動化儀表技術(shù)有限公司

回波強(qiáng)度主要受以下因素影響

傳播介質(zhì)介電常數(shù)越穩(wěn)定越有利于傳播。雷達(dá)波是電磁波，電磁波在傳播過程中不受傳播介質(zhì)穩(wěn)定程度的影響，只與其介電常數(shù)有關(guān)。這是雷達(dá)技術(shù)與超聲波技術(shù)的重大區(qū)別。

被測介質(zhì)表面越平整，其介電常數(shù)越大越有利于回波反射。

所以考慮現(xiàn)場工況時(shí)，應(yīng)特別注意這兩個(gè)方面：（1）天線到被測介質(zhì)間空氣介電常數(shù)的分布（2）被測介質(zhì)的表面狀態(tài)及其介電常數(shù)。

雷達(dá)物位計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是：不受空氣波動影響，隨距離衰減小，穿透力強(qiáng)。西安賽譜自動化儀表技術(shù)有限公司  029-81029973
雷達(dá)的局限性：1）影響雷達(dá)的性能是介電常數(shù)，理論上在真空中雷達(dá)衰減較小，當(dāng)空氣中存在對雷達(dá)衰減物質(zhì)，例如：含高介電性的粉塵粉末（石墨，鐵合金等），水蒸氣很大，測量距離和效果要受影響。2）被測介質(zhì)的揮發(fā)氣體會在天線上聚集，水蒸汽會在天線上聚結(jié)，此時(shí)，會影響雷達(dá)波**，嚴(yán)重時(shí)雷達(dá)波不能發(fā)出。3）被測介質(zhì)的介電常數(shù)不能太小。4）盡管溫度和壓力對雷達(dá)影響較小，但雷達(dá)天線是由材料做成，雷達(dá)可適應(yīng)溫度和壓力的范圍與使用的材料和密封結(jié)構(gòu)有關(guān)。
雷達(dá)物位計(jì)目前已成為市場上的主流產(chǎn)品，而低頻率雷達(dá)物位計(jì)盡管具有價(jià)格相對低廉的優(yōu)點(diǎn)，但在主要應(yīng)用領(lǐng)域中，屬于逐漸被淘汰的產(chǎn)品。從超聲波物位計(jì)的應(yīng)用中得知，要獲得比較好的回波，換能器工作頻率大約40KHz，波長大約9mm，這時(shí)**波的開角為7°-8°。工作頻率越高，其開角越小，但其量程較小。與超聲波類比，雷達(dá)物位計(jì)要獲得上述效果的回波，其工作頻率應(yīng)為26GHz，此時(shí)，其波長為11mm。當(dāng)用口徑為100mm的喇叭時(shí)，可獲得7°-8°開角的**波。若雷達(dá)工作頻率是6GHz，則相當(dāng)于超聲波的工作頻率為10KHz。而工作頻率為10kHz的超聲波物位計(jì)在物位測量中各項(xiàng)指標(biāo)都很不理想，特別不適于固體料位的測量。與低頻率雷達(dá)相比，高頻雷達(dá)有以下優(yōu)點(diǎn)：
1）高頻雷達(dá)物位計(jì)（主要指26GHz和24GHz）具有能量高，波束角小（一般Φ95的喇叭天線的波束角為8o，而6GHz低頻脈沖雷達(dá)的喇叭天線直徑為Φ246時(shí)，波束角為15o），天線尺寸小，精度高等優(yōu)點(diǎn)。
2）26GHz雷達(dá)波長11mm，6GHz雷達(dá)波長50mm，雷達(dá)測量散裝料位時(shí)，雷達(dá)波反射主要來自料面的漫反射，漫反射的強(qiáng)度與物料大小成正比，與波長成反比，而大部份散裝料直徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于50mm，這就是為什么目前26GHz雷達(dá)是散裝料物位測量的較佳選擇。
3）在一些直徑小高度矮的小罐應(yīng)用中， 6GHz雷達(dá)天線長（300-400mm）無形中增大了盲區(qū)（大約600mm），由于6GHz雷達(dá)方向性差（開角大）在小罐中會產(chǎn)生多徑反射；26GHz雷達(dá)頻率高頻，天線短，方向性好，克服了6GHz雷達(dá)的缺點(diǎn)，適用于小罐測量。
4）由于現(xiàn)場環(huán)境惡劣，隨著時(shí)間推移，雷達(dá)天線會堆積污物、水汽等，26GHz雷達(dá)天線小，加天線罩可大大改善污物、水汽影響；6GHz雷達(dá)天線大，加天線罩很困難。且儀表較沉重，清理困難。
5）由于26GHz雷達(dá)方向性好，很多惡劣工況，可通過簡單隔離，將雷達(dá)裝在容器外進(jìn)行測量。
目前，26GHz雷達(dá)物位計(jì)的價(jià)格已與6GHz雷達(dá)物位計(jì)價(jià)格相當(dāng)，這較促進(jìn)了26GHz雷達(dá)物位計(jì)的應(yīng)用。 可以預(yù)見，6GHz雷達(dá)物位計(jì)市場占有率會大大降低。隨著技術(shù)的進(jìn)步，我們期待較高頻率（如：90GHz）、較小開角（如：2°，3°）、較小體積的雷達(dá)物位計(jì)的面世。我們將在此領(lǐng)域中不懈地努力，將雷達(dá)物位測量做到較致。

導(dǎo)波雷達(dá)物位計(jì)——非接觸雷達(dá)物位測量的補(bǔ)充

導(dǎo)波雷達(dá)物位計(jì)**脈沖電磁場，以導(dǎo)波纜為中心100mm為半徑，沿纜向前傳播，遇介質(zhì)返回。除有非接觸雷達(dá)的特點(diǎn)以外，導(dǎo)波雷達(dá)方向性好，頻率低（500M-1GHz）穿透性好。缺點(diǎn)是顯然的，尤其在固體測量中，調(diào)試維修都不方便，經(jīng)常會磨損，甚至斷纜?？衫脤?dǎo)波雷達(dá)物位計(jì)低頻的穿透性實(shí)現(xiàn)某些特殊應(yīng)用。如：油水界面；以及利用纜的末端反射測量介電常數(shù)非常小的粉末（除塵粉倉）粉位測量等。
 在高溫、高壓工況條件下，導(dǎo)波雷達(dá)物位計(jì)與脈沖（非接觸）雷達(dá)物位計(jì)相比較具優(yōu)勢。脈沖雷達(dá)天線由不銹鋼和PTFE構(gòu)成，而PTFE較高使用溫度200°，較高壓力4MP。當(dāng)導(dǎo)波雷達(dá)用不銹鋼和陶瓷構(gòu)成時(shí)，較高使用溫度400°，較高壓力40MP。


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• 雷達(dá)液位計(jì)是如何選型的

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