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雷達(dá)液位計(jì)如何選型
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(cè)量的現(xiàn)場(chǎng)工況千差萬(wàn)別,，很難設(shè)計(jì)出能滿(mǎn)足所有工況應(yīng)用的物位儀表,。
在非接觸式物位測(cè)量?jī)x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(lèi)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(cè)量性能,。
超聲波物位計(jì)
傳感器發(fā)出的超聲波碰到被測(cè)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)量定義為最小回波幅度（在條件下回波幅度）比最大噪聲幅度（虛假回波、多徑反射回波等的幅度）,。回波質(zhì)量數(shù)值越大,，物位計(jì)應(yīng)用效果越好,。
超聲波物位計(jì)工作頻率及測(cè)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(dòng)時(shí)穿透性差，測(cè)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(shì)是聲波衰減慢，傳播介質(zhì)（空氣）波動(dòng)時(shí)穿透性較好,，測(cè)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(guò)程中會(huì)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(dòng)因素很多，如：粉塵,，氣浪,，蒸汽，料流等都會(huì)引起空氣波動(dòng),，降低回波質(zhì)量,，影響測(cè)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(lái)測(cè)量。
2.被測(cè)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(cè)量時(shí),，被測(cè)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(zhǎng)有關(guān),，當(dāng)反射面的線度可與波長(zhǎng)相比時(shí)或更大時(shí),，才能發(fā)生反射。顯然,，工作頻率越高,，其波長(zhǎng)越小，對(duì)于較小的物料,，更易于發(fā)生漫反射,。例如，頻率為10KHz的機(jī)械波在空氣中的波長(zhǎng)是34mm,，大多數(shù)情況下,，物料的線度都不會(huì)有這么大,。此外，低頻工作時(shí),，發(fā)射波的開(kāi)角大,，回波就會(huì)很寬。這時(shí)測(cè)得的數(shù)據(jù)也就不準(zhǔn)了,，有時(shí)會(huì)差幾百毫米甚至1米或更多,。因此，測(cè)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(dòng)化儀表技術(shù)有限公司
綜上述，考慮現(xiàn)場(chǎng)工況時(shí),，應(yīng)特別注意兩個(gè)方面：換能器到被測(cè)介質(zhì)間的空氣狀態(tài)和被測(cè)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)商給出的最大量程一般是在實(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(cè)量距離為儀表最大量程的0.3-0.5倍,。最好有應(yīng)用案例。
?。?控制表
應(yīng)選擇有回波顯示功能的控制表,。由于物位測(cè)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(cè)介質(zhì)之間全過(guò)程的回波顯示出來(lái)。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(cè)量性能的因素通過(guò)回波曲線的形式全面反映出來(lái),，使用戶(hù)做到一目了然，心中有數(shù),。
一臺(tái)好的超聲波物位計(jì)應(yīng)具備的性能：頻率高,、發(fā)射波開(kāi)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(chē)快,，諧振頻率準(zhǔn),。全量程回波處理動(dòng)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(cè)量應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)積累的總和）。
超聲波物位計(jì)目前市場(chǎng)價(jià)值：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(cè)量中,，超聲波物位計(jì)有被雷達(dá)物位計(jì)取代的趨勢(shì)。綜合性?xún)r(jià)比分析,，在液位測(cè)量方面,，超聲波物位計(jì)還有市場(chǎng)。
雷達(dá)物位計(jì)
非接觸物位測(cè)量中,，雷達(dá)技術(shù)的應(yīng)用近年來(lái)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(cè)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)量定義為最小回波幅度（在條件下回波幅度）比最大噪聲幅度（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,。 西安賽譜自動(dòng)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(guò)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(cè)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(chǎng)工況時(shí),，應(yīng)特別注意這兩個(gè)方面：（1）天線到被測(cè)介質(zhì)間空氣介電常數(shù)的分布（2）被測(cè)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(dòng)影響,，隨距離衰減小,，穿透力強(qiáng),。西安賽譜自動(dòng)化儀表技術(shù)有限公司
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)衰減極小,，當(dāng)空氣中存在對(duì)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(cè)量距離和效果要受影響。2）被測(cè)介質(zhì)的揮發(fā)氣體會(huì)在天線上聚集,，水蒸汽會(huì)在天線上聚結(jié),，此時(shí)，會(huì)影響雷達(dá)波發(fā)射,，嚴(yán)重時(shí)雷達(dá)波不能發(fā)出,。3）被測(cè)介質(zhì)的介電常數(shù)不能太小。4）盡管溫度和壓力對(duì)雷達(dá)影響極小,，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(chǎng)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(duì)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(zhǎng)大約9mm,，這時(shí)發(fā)射波的開(kāi)角為7°-8°。工作頻率越高,，其開(kāi)角越小,，但其量程較小。與超聲波類(lèi)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(zhǎng)為11mm,。當(dāng)用口徑為100mm的喇叭時(shí)，可獲得7°-8°開(kāi)角的發(fā)射波,。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(cè)量中各項(xiàng)指標(biāo)都很不理想,，特別不適于固體料位的測(cè)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?。ㄒ话?Phi;95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(zhǎng)11mm,，6GHz雷達(dá)波長(zhǎng)50mm，雷達(dá)測(cè)量散裝料位時(shí),，雷達(dá)波反射主要來(lái)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(zhǎng)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(cè)量的*。
3）在一些直徑小高度矮的小罐應(yīng)用中,， 6GHz雷達(dá)天線長(zhǎng)（300-400mm）無(wú)形中增大了盲區(qū)（大約600mm）,，由于6GHz雷達(dá)方向性差（開(kāi)角大）在小罐中會(huì)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(cè)量,。
4）由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣，隨著時(shí)間推移,，雷達(dá)天線會(huì)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(guò)簡(jiǎn)單隔離,，將雷達(dá)裝在容器外進(jìn)行測(cè)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)，這更促進(jìn)了26GHz雷達(dá)物位計(jì)的應(yīng)用,?？梢灶A(yù)見(jiàn)，6GHz雷達(dá)物位計(jì)*會(huì)大大降低,。隨著技術(shù)的進(jìn)步,，我們期待更高頻率（如：90GHz）、更小開(kāi)角（如：2°,，3°）,、更小體積的雷達(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(cè)量做到,。
導(dǎo)波雷達(dá)物位計(jì)——非接觸雷達(dá)物位測(cè)量的補(bǔ)充
導(dǎo)波雷達(dá)物位計(jì)發(fā)射脈沖電磁場(chǎng)，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(cè)量中,，調(diào)試維修都不方便，經(jīng)常會(huì)磨損,，甚至斷纜,。可利用導(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(cè)量介電常數(shù)非常小的粉末（除塵粉倉(cāng)）粉位測(cè)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)相比更具優(yōu)勢(shì)。脈沖雷達(dá)天線由不銹鋼和PTFE構(gòu)成,，而PTFE最高使用溫度200°,，最高壓力4MP。當(dāng)導(dǎo)波雷達(dá)用不銹鋼和陶瓷構(gòu)成時(shí),，最高使用溫度400°,，最高壓力40MP。
