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西門子雷達(dá)物位計(jì)在工控行業(yè)中的應(yīng)用
閱讀：1614 發(fā)布時(shí)間：2017-3-31摘要：西門子雷達(dá)物位計(jì)具有許多優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)應(yīng)用廣泛,。本文簡(jiǎn)單介紹了雷達(dá)物位計(jì)的工作原理及應(yīng)用的注意事項(xiàng),。
1.概述
西門子雷達(dá)物位計(jì)進(jìn)入市場(chǎng)，由于測(cè)量精度高,、耐高溫高壓的能力強(qiáng),，以及采用非接觸的測(cè)量方式,，成為過(guò)程控制工業(yè)罐區(qū)物位監(jiān)測(cè)的儀表，受到廣大技術(shù)人員的歡迎,。
在公司的生產(chǎn)車間,，物位作為重要的過(guò)程參數(shù)已成為判斷生產(chǎn)過(guò)程的效率、工作狀況及經(jīng)濟(jì)性能的重要指標(biāo),，物位測(cè)量?jī)x表在連續(xù)與離散控制系統(tǒng)中的作用日趨突出,，業(yè)主對(duì)測(cè)量?jī)x表的測(cè)量、穩(wěn)定可靠,、多功能、智能化的要求也越來(lái)越高,。雷達(dá)物位計(jì)是近年逐步在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的*測(cè)量技術(shù),。在使用過(guò)程中也暴露出一些問(wèn)題，主要是設(shè)計(jì)選型失誤,。由于雷達(dá)物位計(jì)種類和品牌較多,，如果在設(shè)計(jì)階段不能結(jié)合工礦條件選擇適宜的產(chǎn)品，就可能造成雷達(dá)物位計(jì)無(wú)法正常使用,。
2．雷達(dá)物位計(jì)的測(cè)量原理與分類
2.1 測(cè)量原理
西門子雷達(dá)物位計(jì)主要由雷達(dá)探測(cè)器（一次表）和雷達(dá)顯示儀（二次表）組成,。雷達(dá)探測(cè)器主要由主體、連接法蘭和天線三部分組成,。天線分為喇叭型和直接與波導(dǎo)管連接兩種形式,。雷達(dá)顯示儀提供連接上位計(jì)算機(jī)的RS-485接口，可以傳遞物位等參數(shù)及報(bào)警信號(hào),，亦可通過(guò)上位計(jì)算機(jī)對(duì)智能雷達(dá)顯示儀進(jìn)行控制,。
雷達(dá)探測(cè)器采用的是線性調(diào)頻連續(xù)波測(cè)距原理：天線發(fā)射的微波是頻率波線性調(diào)制的連續(xù)波，當(dāng)回波被天線接收到時(shí),，天線發(fā)射頻率已經(jīng)改變,。根據(jù)回波與發(fā)射波的頻率差可以計(jì)算出物料面的距離。FMCW方式測(cè)量線路較復(fù)雜,，從而測(cè)量度較高,，同時(shí)干擾回波也較易去除，一般用于較的測(cè)量方案,。雷達(dá)探測(cè)器的主體中包括微波信號(hào)源,、信號(hào)處理部分。工作過(guò)程中,，微波信號(hào)源輸出一個(gè)波幅恒定的線性調(diào)頻的微波信號(hào),，其產(chǎn)生的頻率輸出：發(fā)射頻率隨時(shí)間線性增加，增加的斜率為k,，當(dāng)發(fā)射出去的連續(xù)波遇到液面發(fā)射時(shí),，發(fā)射回來(lái)的信號(hào)頻率如圖1中點(diǎn)劃線所示,，它比發(fā)射信號(hào)滯后了一定時(shí)間τ。
根據(jù)微波傳播原理知道：
τ＝2R/C （1）
式中C是微波在空間中的傳播速度3×108km/s,，R是液面距雷達(dá)物位儀的距離,。
由于回波信號(hào)頻率的滯后，使得反射頻率與發(fā)射信號(hào)頻率之間的差頻為：
f=kτ （2）
將以上兩式合并后可以得到：
R=C×f/2k
顯然R與f是成正比的,，反射液面離物位儀的距離越遠(yuǎn)所產(chǎn)生的差頻頻率f越大,，因此可計(jì)算天線到反射面的距離。
信號(hào)處理部分則對(duì)回波信號(hào)與發(fā)射信號(hào)的混合信號(hào)進(jìn)行處理,，通過(guò)測(cè)量混合信號(hào)頻譜,，用快速傅立葉變換（FFT）來(lái)計(jì)算混合信號(hào)，從中對(duì)混合信號(hào)頻譜進(jìn)行分析,，排除掉干擾信號(hào),，然后確定天線到反射界面的距離，從而完成測(cè)量,。
2.2 優(yōu)點(diǎn)特性
雷達(dá)物位計(jì)采用非接觸式測(cè)量方法,。目前較成熟的非接觸測(cè)量技術(shù)有超聲波、核輻射和微波,。而在化工,、石化等過(guò)程工業(yè)領(lǐng)域，由于被測(cè)介質(zhì)普遍存在高溫,、高壓,、腐蝕、揮發(fā),、冷凝等復(fù)雜工況,，且對(duì)測(cè)量?jī)x表有防爆要求。相比與超聲波,，微波傳播的自身特點(diǎn)決定了雷達(dá)物位計(jì)的使用優(yōu)勢(shì)：
1) 定向傳播,。
2) 準(zhǔn)光學(xué)特性。
3) 傳輸特性好,。
4) 介質(zhì)對(duì)微波吸收與介質(zhì)的介電常數(shù)成比例,。
由其自身特性決定，雷達(dá)物位計(jì)在使用上具有以下優(yōu)勢(shì)：
1) 連續(xù)準(zhǔn)確測(cè)量：由于雷達(dá)物位計(jì)不與被測(cè)介質(zhì)接觸,，且受溫度,、壓力、氣體等影響非常小,。
2) 維護(hù)方便,，操作簡(jiǎn)單：雷達(dá)物位計(jì)具有故障報(bào)警及自診斷功能。
3) 適用范圍廣：非接觸式測(cè)量,，方向性好,，傳輸損耗小,，可測(cè)介質(zhì)多。
4) 安裝簡(jiǎn)單：在各行業(yè)應(yīng)用中,，雷達(dá)物位計(jì)可直接安裝到儲(chǔ)罐頂部,，安裝十分簡(jiǎn)單。
雷達(dá)物位計(jì)通常分為脈沖雷達(dá)和調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)（FMCW）兩種,。脈沖雷達(dá)的工作模式與超聲物位計(jì)相似:天線周期地發(fā)射微波脈沖,，并接收物料面回波，同時(shí)對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行分析處理,，確認(rèn)有效回波,，據(jù)之計(jì)算物位。線性調(diào)頻連續(xù)波測(cè)距原理：天線發(fā)射的微波是頻率波線性調(diào)制的連續(xù)波,，當(dāng)回波被天線接收到時(shí),，天線發(fā)射頻率已經(jīng)改變。根據(jù)回波與發(fā)射波的頻率差可以計(jì)算出物料面的距離,。E+H公司的雷達(dá)物位計(jì)基本采用脈沖雷達(dá)原理。西門子公司LR400系列采用調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)原理,，LR300系列采用脈沖雷達(dá)原理,。